JP2016065456A - Auxiliary-chamber type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主燃焼室と副燃焼室とを備え、副燃焼室の燃料に着火して発生した火炎により、主燃焼室の燃料を燃焼させる副燃焼室式内燃機関に関する。 The present invention relates to a sub-combustion chamber internal combustion engine that includes a main combustion chamber and a sub-combustion chamber, and burns fuel in the main combustion chamber by a flame generated by igniting the fuel in the sub-combustion chamber.
従来、主燃焼室と、主燃焼室へと連通する連通路を有する副燃焼室とを備えた副燃焼室式内燃機関として、特許文献１に記載の副燃焼室式内燃機関がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a sub-combustion chamber internal combustion engine described in Patent Document 1 as a sub-combustion chamber internal combustion engine that includes a main combustion chamber and a sub-combustion chamber having a communication passage communicating with the main combustion chamber.
特許文献１に記載の副燃焼室式内燃機関では、副燃焼室に空気を供給する空気噴射弁を設け、副燃焼室へ供給した燃料を、空気噴射弁から供給された空気により主燃焼室へ押し出す。これにより、主燃焼室内には成層混合気が形成され、副燃焼室には新気混合器が形成される。そして、副燃焼室内の新気混合気に点火をし、火炎が主燃焼室内の成層混合気に伝搬し、主燃焼室内では成層燃焼が行われることとなる。 In the sub-combustion chamber internal combustion engine described in Patent Document 1, an air injection valve that supplies air to the sub-combustion chamber is provided, and the fuel supplied to the sub-combustion chamber is supplied to the main combustion chamber by the air supplied from the air injection valve. Extrude. As a result, a stratified mixture is formed in the main combustion chamber, and a fresh air mixer is formed in the auxiliary combustion chamber. Then, the fresh air mixture in the auxiliary combustion chamber is ignited, the flame propagates to the stratified mixture in the main combustion chamber, and stratified combustion is performed in the main combustion chamber.
特許文献１記載の副燃焼室式内燃機関では、副燃焼室に空気噴射弁を設けているため、製造コストの増大を招いていた。 In the sub-combustion chamber internal combustion engine described in Patent Document 1, since the air injection valve is provided in the sub-combustion chamber, the manufacturing cost is increased.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、副燃焼室に空気噴射弁を設けることなく主燃焼室に成層混合気を形成でき、且つ、副燃焼室内の混合気の濃度を適切に管理することが可能な副室式内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The main object of the present invention is to form a stratified mixture in the main combustion chamber without providing an air injection valve in the sub-combustion chamber. An object of the present invention is to provide a sub-chamber internal combustion engine capable of appropriately managing the concentration of the air-fuel mixture.
本発明は、主燃焼室と、主燃焼室と連通する噴孔が設けられた副燃焼室とを備える副室式内燃機関であって、副燃焼室は、その中心軸線に垂直な断面形状が円であり、噴孔は、円の中心から、所定距離離間した位置に設けられており、副燃焼室には、副燃焼室内で周方向に向けて燃料を噴射する燃料供給部が設けられていることを特徴とする。 The present invention is a sub-chamber internal combustion engine including a main combustion chamber and a sub-combustion chamber provided with an injection hole communicating with the main combustion chamber. The sub-combustion chamber has a cross-sectional shape perpendicular to the central axis thereof. The nozzle hole is provided at a position spaced a predetermined distance from the center of the circle, and the sub-combustion chamber is provided with a fuel supply unit that injects fuel in the circumferential direction in the sub-combustion chamber. It is characterized by being.
上記構成により、副燃焼室内において燃料が旋回流となり、当量比が高い領域が副燃焼室の内周近傍に形成され、当量比が低い領域が副燃焼室の中心近傍に形成される。そして、副燃焼室の内周近傍に形成された、当量比が高い領域から、燃料が噴孔を介して主燃焼室へ噴出する。そのため、副燃焼室の中心近傍の当量比が低い領域に、空気が残存することとなる。ゆえに、副室式内燃機関の吸気行程において、副燃焼室内へと流入した空気を、副燃焼室内の燃料の燃焼に用いることができる。さらに、噴孔からは、当量比が高い領域の混合気、すなわち濃厚混合気が噴出するため、主燃焼室内には燃料の成層を形成することができる。したがって、副燃焼室内に空気供給装置を設けることなく、副燃焼室内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室内には燃料の成層を形成することができる。 With the above configuration, the fuel is swirled in the sub-combustion chamber, a region with a high equivalence ratio is formed near the inner periphery of the sub-combustion chamber, and a region with a low equivalence ratio is formed near the center of the sub-combustion chamber. Then, fuel is ejected from the region having a high equivalence ratio formed in the vicinity of the inner periphery of the auxiliary combustion chamber to the main combustion chamber through the injection hole. Therefore, air remains in a region where the equivalence ratio in the vicinity of the center of the auxiliary combustion chamber is low. Therefore, in the intake stroke of the sub-chamber internal combustion engine, air that has flowed into the sub-combustion chamber can be used for combustion of fuel in the sub-combustion chamber. Further, since the air-fuel mixture in the region having a high equivalence ratio, that is, the rich air-fuel mixture, is ejected from the nozzle hole, fuel stratification can be formed in the main combustion chamber. Therefore, the equivalence ratio in the auxiliary combustion chamber can be appropriately managed without providing an air supply device in the auxiliary combustion chamber, and fuel stratification can be formed in the main combustion chamber.
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
＜第１実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、コジェネレーション用エンジンや、レンジエクステンダ等の、運転中に運転状態が変わらない定点運転エンジンとして用いられることを想定している。
<First Embodiment>
The sub-chamber internal combustion engine according to the present embodiment is assumed to be used as a fixed-point operation engine such as a cogeneration engine or a range extender whose operation state does not change during operation.
図１は、副室式内燃機関１０の全体概略構成を示している。副室式内燃機関１０は、副室構成部３０が設けられたシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含んで構成されている。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３と排気ポート１４とが形成されており、吸気ポート１３と排気ポート１４とにはそれぞれ吸気管と排気管とが接続されている。 FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a sub-chamber internal combustion engine 10. The sub-chamber internal combustion engine 10 includes a cylinder block 11 provided with a sub-chamber component 30 and a cylinder head 12. An intake port 13 and an exhaust port 14 are formed in the cylinder head 12, and an intake pipe and an exhaust pipe are connected to the intake port 13 and the exhaust port 14, respectively.
シリンダブロック１１には気筒を構成するシリンダ１５が形成されており、シリンダ１５内にはシリンダ１５に対して上下方向に往復動するピストン１６が配設されている。ピストン１６はコンロッド１７を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１６の上方には、シリンダ１５とシリンダヘッド１２により区画形成された主燃焼室１８が設けられ、主燃焼室１８は吸気弁１９及び排気弁２０をそれぞれ介して、吸気ポート１３及び排気ポート１４に連通している。 A cylinder 15 constituting a cylinder is formed in the cylinder block 11, and a piston 16 that reciprocates in the vertical direction with respect to the cylinder 15 is disposed in the cylinder 15. The piston 16 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 17. A main combustion chamber 18 defined by a cylinder 15 and a cylinder head 12 is provided above the piston 16. The main combustion chamber 18 is connected to an intake port 13 and an exhaust port 14 via an intake valve 19 and an exhaust valve 20, respectively. Communicating with
図２（ａ）は、図１における副室構成部３０の拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。すなわち、図２（ｂ）は、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直な平面を示している。 2A is an enlarged view of the sub chamber constituting part 30 in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A. That is, FIG. 2B shows a plane perpendicular to the central axis C <b> 1 of the auxiliary combustion chamber 31.
副室構成部３０は、半球形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１と、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。副燃焼室３１は、シリンダブロック１１との接合部が最大径となる半球形であるため、副燃焼室３１の球面部のうち最もシリンダヘッド１２寄りの部分を大径部と称し、副燃焼室３１の球面部のうち最もシリンダヘッド１２から離れた部分（最もピストン１６寄りの部分）を底部と称する。 The sub-chamber component 30 includes a hemispherical shape, that is, a sub-combustion chamber 31 having a circular cross section in a plane perpendicular to the central axis C1, a fuel delivery device 32 that delivers fuel supplied from a fuel tank (not shown), An injector 34 that functions as a fuel supply unit and is connected to the delivery device 32 via a fuel passage 33 and an ignition device 35 are included. Since the sub-combustion chamber 31 has a hemispherical shape in which the joint portion with the cylinder block 11 has a maximum diameter, a portion of the spherical portion of the sub-combustion chamber 31 that is closest to the cylinder head 12 is referred to as a large-diameter portion. Of the 31 spherical portions, the portion farthest from the cylinder head 12 (the portion closest to the piston 16) is referred to as the bottom portion.
インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられている。すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、いずれかのインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、このインジェクタ３４に隣り合うインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°である。また、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、平面に対して水平方向であり、且つ、いずれかのインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、インジェクタ３４の燃料噴射方向とのなす角度は９０°となっている。すなわち、各インジェクタ３４の燃料噴射方向は副燃焼室３１の周方向である。 Four injectors 34 are provided on a plane perpendicular to the central axis C1 at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1. That is, on a plane perpendicular to the central axis C1, an angle formed by a straight line connecting any one of the injectors 34 and the central axis C1 and a straight line connecting the injector 34 adjacent to the injector 34 and the central axis C1 is 90 °. is there. In addition, on the plane perpendicular to the central axis C1, the fuel injection direction of the injector 34 is a horizontal direction with respect to the plane, and a straight line connecting any one of the injectors 34 and the central axis C1 and the fuel of the injector 34 The angle formed with the injection direction is 90 °. That is, the fuel injection direction of each injector 34 is the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31.
副燃焼室３１には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６が設けられている。噴孔３６は、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６に隣り合う噴孔３６と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６と第２平面上の噴孔３６とは、副燃焼室３１の周方向における位置が等しくなっている。すなわち、底部と大径部とを結ぶ弧上、すなわち、副燃焼室３１の底部と大径部とを最短距離で結ぶ曲線上に設けられている。 The sub-combustion chamber 31 is provided with an injection hole 36 that communicates with the main combustion chamber 18. There are four nozzle holes 36 on the first plane perpendicular to the central axis C1 at four equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1, and in parallel at a predetermined interval with respect to the first plane. Also in two planes, four places are provided at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1. That is, on the first plane and the second plane, an angle formed by a straight line connecting one of the injection holes 36 and the central axis C1 and a straight line connecting the injection hole 36 adjacent to the injection hole 36 and the central axis C1. Is 90 °. At this time, the nozzle hole 36 on the first plane and the nozzle hole 36 on the second plane have the same position in the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31. That is, it is provided on an arc connecting the bottom and the large diameter portion, that is, on a curve connecting the bottom and the large diameter portion of the auxiliary combustion chamber 31 with the shortest distance.
噴孔３６の断面形状は円形になっている。これは、副燃焼室３１内の燃料への点火により発生した火炎と噴孔３６との接触面積を減らし、火炎の熱の副燃焼室３１への伝播を抑制するためである。 The cross-sectional shape of the nozzle hole 36 is circular. This is to reduce the contact area between the flame generated by ignition of the fuel in the sub-combustion chamber 31 and the nozzle hole 36 and suppress the propagation of the heat of the flame to the sub-combustion chamber 31.
図３（ａ）は、インジェクタ３４から燃料を噴射した際の燃料分布を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。なお、同図のグラデーションにおいて、燃料の当量比が高い部分ほど色が濃くなっている。上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１の周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１の内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１には、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１内には、当量比の高い第１領域４２が、副燃焼室３１の大径部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３が、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２の燃料が、噴孔３６を介してペネトレーション４４となり、主燃焼室１８内へと噴出する。 3A shows a fuel distribution when fuel is injected from the injector 34, and FIG. 3B shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3A. In the gradation of the figure, the color is darker as the fuel equivalent ratio is higher. As described above, the fuel injection direction of the injector 34 is the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31. Therefore, the injected fuel 41 injected from the injector 34 into the auxiliary combustion chamber 31 flows along the inner periphery of the auxiliary combustion chamber 31. As a result, a swirling flow of fuel flowing along the inner periphery is formed in the auxiliary combustion chamber 31. That is, in the subcombustion chamber 31, a first region 42 with a high equivalence ratio is formed near the large diameter portion and the inner periphery of the subcombustion chamber 31, and a second region 43 with a low equivalence ratio is formed in the subcombustion chamber 31. 31 is formed near the center axis C1 and at the bottom. Therefore, the fuel in the first region 42 having a high equivalence ratio becomes the penetration 44 through the nozzle hole 36 and is ejected into the main combustion chamber 18.
ここで、図４を用いて、噴孔３６が設けられる位置について詳述する。図４において、副燃焼室３１の大径部の半径をｒと定義している。このとき、中心軸線Ｃ１に垂直であり且つ噴孔３６を含む平面において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６との距離は、ｒ／３よりも長いものとなっている。すなわち、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１と、大径部の中心と噴孔３６とを通る直線とのなす角度θ１が、ａｒｃｓｉｎ（１／３）よりも大きいということもできる。したがって、噴孔３６は、中心軸線Ｃ１、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直であり噴孔３６を通る円の中心から、所定距離離間しているといえる。 Here, the position where the nozzle hole 36 is provided will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 4, the radius of the large diameter portion of the auxiliary combustion chamber 31 is defined as r. At this time, the distance between the central axis C1 and the nozzle hole 36 is longer than r / 3 in a plane perpendicular to the central axis C1 and including the nozzle hole 36. That is, the angle θ1 formed by the central axis C1 of the auxiliary combustion chamber 31 and the straight line passing through the center of the large diameter portion and the injection hole 36 can be larger than arcsin (1/3). Therefore, it can be said that the nozzle hole 36 is separated by a predetermined distance from the center axis C1, that is, the center of a circle perpendicular to the center axis C1 and passing through the nozzle hole 36.
ところで、図４において、噴孔３６が、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直なひとつの平面上に複数設けられるものを示しているが、噴孔３６は、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直な複数の平面上にそれぞれ複数設けられていてもよい。その場合には、各平面上において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６との距離がｒ／３よりも長ければよい。すなわち、各平面の中で、最も副燃焼室３１の底部に近い平面上において、噴孔３６と中心軸線Ｃ１との距離がｒ／３よりも長ければよい。 In FIG. 4, a plurality of nozzle holes 36 are provided on a single plane perpendicular to the central axis C <b> 1 of the auxiliary combustion chamber 31, but the nozzle holes 36 are center axis C <b> 1 of the auxiliary combustion chamber 31. A plurality of planes may be provided on a plurality of planes perpendicular to each other. In that case, the distance between the central axis C1 and the injection hole 36 should be longer than r / 3 on each plane. That is, the distance between the injection hole 36 and the central axis C1 should be longer than r / 3 on the plane closest to the bottom of the auxiliary combustion chamber 31 in each plane.
なお、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上の噴孔３６と、その平面とは異なる平面上のインジェクタ３４とを同一平面上に射影した場合に、インジェクタ３４は、噴孔３６よりも中心軸線Ｃ１側にあってもよいし、噴孔３６よりも副燃焼室３１の外径側（中心軸線Ｃ１と反対側）にあってもよい。また、噴孔３６が副室の中心軸線Ｃ１方向に複数ある場合、インジェクタ３４は噴孔３６と噴孔３６の間にあってもよいし、すべての噴孔３６よりも中心軸線Ｃ１側にあってもよいし、すべての噴孔３６よりも副燃焼室３１の内周側にあってもよい。 When the injection hole 36 on a plane perpendicular to the central axis C1 and the injector 34 on a plane different from the plane are projected on the same plane, the injector 34 is closer to the central axis C1 than the injection hole 36. It may be located on the outer diameter side of the auxiliary combustion chamber 31 with respect to the injection hole 36 (on the side opposite to the central axis C1). Further, when there are a plurality of injection holes 36 in the direction of the central axis C1 of the sub chamber, the injectors 34 may be located between the injection holes 36 or the injection holes 36, or may be closer to the central axis C1 than all the injection holes 36. It may be on the inner peripheral side of the auxiliary combustion chamber 31 with respect to all the injection holes 36.
ここで、本実施形態に係る副室式内燃機関１０の動作について説明する。副室式内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を順に繰り返す。 Here, the operation of the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment will be described. The sub-chamber internal combustion engine 10 sequentially repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.
まず、吸気行程において、吸気弁１９を開放することにより、ピストン１６の下降に伴って、排気ポート１４から主燃焼室１８へ空気が流入する。その後、吸気弁１９を閉塞し、ピストン１６が上昇することにより、主燃焼室１８及び副燃焼室３１の圧力が上昇する圧縮行程へと移行する。その際、主燃焼室１８から副燃焼室３１へ空気が流入する。 First, in the intake stroke, by opening the intake valve 19, air flows from the exhaust port 14 into the main combustion chamber 18 as the piston 16 descends. Thereafter, the intake valve 19 is closed, and the piston 16 rises, so that a shift is made to a compression stroke in which the pressures in the main combustion chamber 18 and the auxiliary combustion chamber 31 rise. At that time, air flows from the main combustion chamber 18 into the sub-combustion chamber 31.
圧縮行程では、まず、インジェクタ３４から副燃焼室３１へ、主室用燃料が噴射される。副燃焼室３１へ噴射された主室用燃料は、噴孔３６を介して主燃焼室１８へと噴出し、主燃焼室１８内の空気と混ざり合い、混合気となる。 In the compression stroke, first, the main chamber fuel is injected from the injector 34 into the sub-combustion chamber 31. The main chamber fuel injected into the sub-combustion chamber 31 is jetted into the main combustion chamber 18 through the nozzle holes 36, and is mixed with the air in the main combustion chamber 18 to become an air-fuel mixture.
ピストン１６が上死点近傍まで上昇すれば、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ副室用燃料が噴射される。副燃焼室３１内へと噴射された副室用燃料は、上述したとおり、副燃焼室３１内で当量比の高い第１領域４２及び当量比の低い第２領域４３を形成するとともに、第１領域４２の混合気がペネトレーション４４となり主燃焼室１８へ流入する。副室用燃料が噴射された後、点火装置３５に給電が行われることにより、副燃焼室３１内の混合気への点火がなされ、副燃焼室３１内に火炎を発生させる。 When the piston 16 rises to near the top dead center, the sub chamber fuel is injected from the injector 34 into the sub combustion chamber 31. The sub-chamber fuel injected into the sub-combustion chamber 31 forms the first region 42 with a high equivalence ratio and the second region 43 with a low equivalence ratio in the sub-combustion chamber 31 as described above, and the first The air-fuel mixture in the region 42 becomes a penetration 44 and flows into the main combustion chamber 18. After the auxiliary chamber fuel is injected, power is supplied to the ignition device 35, whereby the mixture in the auxiliary combustion chamber 31 is ignited and a flame is generated in the auxiliary combustion chamber 31.
そして、副燃焼室３１内で発生した火炎がペネトレーション４４へ伝搬することにより主燃焼室１８へ流入し、主燃焼室１８内の混合気が燃焼する。これにより、主燃焼室１８内の圧力が上昇し、ピストン１６が下降する膨張行程へ移行する。 Then, the flame generated in the auxiliary combustion chamber 31 propagates to the penetration 44 and flows into the main combustion chamber 18, and the air-fuel mixture in the main combustion chamber 18 is combusted. As a result, the pressure in the main combustion chamber 18 rises, and a transition is made to an expansion stroke in which the piston 16 descends.
膨張行程の後の排気行程では、排気弁２０を開放することにより、ピストン１６の上昇に伴って、シリンダ１５内のガスを、排気ポート１４を介して外部へ放出させる。そして、再び吸気行程へと移行する。 In the exhaust stroke after the expansion stroke, by opening the exhaust valve 20, the gas in the cylinder 15 is released to the outside through the exhaust port 14 as the piston 16 rises. And it transfers to an intake stroke again.
ここで、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングについて詳述する。燃料の燃焼時において、主燃焼室１８の当量比は１未満であることが望ましく、副燃焼室３１の当量比は１よりも大きく、且つ、１よりも高い所定値よりは低いことが望ましい。しかしながら、副燃焼室３１の形状、噴孔３６の位置、副室用燃料の噴射タイミング等によっては、副燃焼室３１内の当量比が望ましい値とならない場合が生ずる。そのため、本実施形態では、副燃焼室３１の形状、噴孔３６の位置等に応じて、副燃焼室３１内の当量比が適切な値となるように、以下のいずれかの噴射タイミングに予め設定されている。 Here, the injection timing of the main chamber fuel and the injection timing of the sub chamber fuel will be described in detail with reference to FIGS. During fuel combustion, the equivalent ratio of the main combustion chamber 18 is preferably less than 1, and the equivalent ratio of the sub-combustion chamber 31 is preferably greater than 1 and lower than a predetermined value higher than 1. However, depending on the shape of the auxiliary combustion chamber 31, the position of the injection hole 36, the injection timing of the auxiliary chamber fuel, the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31 may not be a desirable value. Therefore, in the present embodiment, in accordance with the shape of the auxiliary combustion chamber 31, the position of the injection hole 36, and the like, the injection ratio in advance is set to one of the following injection timings so that the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31 becomes an appropriate value. Is set.
図５（ａ）は、代表的な、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。主室用燃料は、圧縮行程における時間Ｔ１まで噴射され、時間Ｔ１において、主室用燃料の噴射が終われば、副室用燃料が噴射される。その後、ピストン１６が上死点近傍に位置する時間Ｔ２において副室用燃料の噴射が停止され、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。 FIG. 5A shows typical injection timings of main chamber fuel and subchamber fuel. The main chamber fuel is injected until time T1 in the compression stroke. When the main chamber fuel is completely injected at time T1, the sub chamber fuel is injected. Thereafter, the injection of the sub chamber fuel is stopped at time T2 when the piston 16 is located near the top dead center, and the ignition is performed on the sub chamber fuel by the ignition device 35 after a predetermined period.
図５（ｂ）は、図５（ａ）で示した噴射制御では、副燃焼室３１内の当量比が好適な値よりも高くなる場合の、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。この場合には、主室用燃料の噴射は、時間Ｔ１より、期間ｔだけ早いタイミングである時間Ｔ０において停止される。そして、期間ｔの間隔を空けて、時間Ｔ１において、副室用燃料を噴射する。その後、ピストン１６が上死点近傍に位置する時間Ｔ２において副室用燃料の噴射が停止され、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。 FIG. 5B shows the injection timing of the main chamber fuel and the sub chamber fuel when the equivalence ratio in the sub combustion chamber 31 is higher than a suitable value in the injection control shown in FIG. The injection timing is shown. In this case, the fuel injection for the main chamber is stopped at time T0, which is a timing earlier than time T1 by a period t. Then, the sub-chamber fuel is injected at time T1 with an interval of the period t. Thereafter, the injection of the sub chamber fuel is stopped at time T2 when the piston 16 is located near the top dead center, and the ignition is performed on the sub chamber fuel by the ignition device 35 after a predetermined period.
このとき、期間ｔでは、インジェクタ３４から燃料が供給されず、且つ、ピストン１６が上昇し主燃焼室１８内の圧力が上昇するため、主燃焼室１８内の希薄混合気が、噴孔３６を介して主燃焼室１８へと逆流する。これにより、時間Ｔ１から時間Ｔ２にかけて、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へと供給された副室用燃料と、主燃焼室１８から逆流した希薄混合器とが混合し、副燃焼室３１内の当量比は低下する。なお、期間ｔは、副室用燃料を副燃焼室３１へ供給した際の当量比に基づいて決定される。 At this time, during the period t, the fuel is not supplied from the injector 34, and the piston 16 rises and the pressure in the main combustion chamber 18 rises, so that the lean air-fuel mixture in the main combustion chamber 18 passes through the nozzle holes 36. Then flows back to the main combustion chamber 18. As a result, the sub-chamber fuel supplied from the injector 34 into the sub-combustion chamber 31 and the lean mixer that flows backward from the main combustion chamber 18 are mixed from time T1 to time T2, and the sub-combustion chamber 31 The equivalence ratio decreases. The period t is determined based on the equivalence ratio when the sub chamber fuel is supplied to the sub combustion chamber 31.
図５（ｃ）は、図５（ａ）で示した噴射制御では、副燃焼室３１内の当量比が好適な値よりも低くなる場合の、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。 FIG. 5C shows the injection timing of the main chamber fuel and the sub chamber fuel when the equivalence ratio in the sub combustion chamber 31 is lower than a suitable value in the injection control shown in FIG. The injection timing is shown.
まず、時間Ｔ０において、主室用燃料の噴射が、時間Ｔ０において停止され、時間Ｔ０から所定時間後の時間Ｔ１ａにおいて、副室用燃料の１回目の噴射が行われる。この１回目の噴射は、時間Ｔ２ａにおいて終了する。時間Ｔ２ａから所定時間後の時間Ｔ１ｂにおいて、副室用燃料の２回目の噴射が行われ、この２回目の噴射は、時間Ｔ２ｂにおいて終了する。さらに、時間Ｔ２ｂから所定時間後の時間Ｔ１ｃにおいて、副室用燃料の３回目の噴射が行われ、この３回目の噴射は、時間Ｔ２において終了する。その後、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。なお、副室用燃料の噴射時間は、それぞれ等しくなっている。 First, at the time T0, the main chamber fuel injection is stopped at the time T0, and at the time T1a after a predetermined time from the time T0, the first injection of the sub chamber fuel is performed. This first injection ends at time T2a. At time T1b after a predetermined time from time T2a, the second injection of sub-chamber fuel is performed, and this second injection ends at time T2b. Further, at the time T1c after a predetermined time from the time T2b, the third injection of the sub chamber fuel is performed, and the third injection is ended at the time T2. Thereafter, after a predetermined period of time, the ignition device 35 ignites the sub chamber fuel. The sub chamber fuel injection times are equal.
こうすることにより、副燃焼室３１から噴孔３６を介して主燃焼室１８へ噴射される副室用燃料の量が抑制される。すなわち、副室用燃料により主燃焼室１８に形成されるペネトレーション４４が短くなる。一方、噴射と噴射の間の時間を、ｔよりも短くしているため、主燃焼室１８から副燃焼室３１への希薄混合気の流入も抑制することができる。したがって、副燃焼室３１内に残存する副室用燃料の量を維持することができる。 By so doing, the amount of sub chamber fuel injected from the sub combustion chamber 31 to the main combustion chamber 18 through the injection holes 36 is suppressed. That is, the penetration 44 formed in the main combustion chamber 18 by the sub chamber fuel is shortened. On the other hand, since the time between injections is made shorter than t, inflow of the lean air-fuel mixture from the main combustion chamber 18 to the sub-combustion chamber 31 can also be suppressed. Therefore, the amount of the sub chamber fuel remaining in the sub combustion chamber 31 can be maintained.
上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment has the following effects.
・副燃焼室３１内において燃料が旋回流となり、当量比が高い第１領域４２が副燃焼室３１の内周近傍に形成され、当量比が低い第２領域４３が副燃焼室３１の中心近傍に形成される。そして、副燃焼室３１の内周近傍に形成された、第１領域４２から、燃料が噴孔３６を介して主燃焼室１８へ噴出する。そのため、副燃焼室３１の中心近傍の当量比が低い第２領域４３に、空気が残存することとなる。ゆえに、副室式内燃機関１０の吸気行程において、副燃焼室３１内へと流入した空気を、副燃焼室３１内の燃料の燃焼に用いることができる。さらに、噴孔３６からは、当量比の高い第１領域４２の混合気がペネトレーション４４となり、主燃焼室１８へと噴出する。これにより、主燃焼室１８内において、ペネトレーション４４により燃料の成層を形成することができる。したがって、副燃焼室３１内に空気供給装置を設けることなく、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。 The fuel is swirling in the auxiliary combustion chamber 31, the first region 42 having a high equivalence ratio is formed in the vicinity of the inner periphery of the auxiliary combustion chamber 31, and the second region 43 having a low equivalence ratio is in the vicinity of the center of the auxiliary combustion chamber 31. Formed. Then, fuel is ejected from the first region 42 formed near the inner periphery of the auxiliary combustion chamber 31 to the main combustion chamber 18 through the injection holes 36. Therefore, air remains in the second region 43 having a low equivalence ratio in the vicinity of the center of the auxiliary combustion chamber 31. Therefore, in the intake stroke of the sub-chamber internal combustion engine 10, air that has flowed into the sub-combustion chamber 31 can be used for combustion of fuel in the sub-combustion chamber 31. Further, from the nozzle hole 36, the air-fuel mixture in the first region 42 having a high equivalence ratio becomes a penetration 44 and is jetted into the main combustion chamber 18. As a result, fuel stratification can be formed in the main combustion chamber 18 by the penetration 44. Therefore, the equivalence ratio in the sub-combustion chamber 31 can be appropriately managed without providing an air supply device in the sub-combustion chamber 31, and fuel stratification can be formed in the main combustion chamber 18. it can.
・半球形の副燃焼室３１内に燃料の旋回流を発生させた場合、燃料は大径部に充満した後に、底部へと移動する。そのため、仮に、噴孔３６が副燃焼室３１の底部近傍に位置する場合には、噴射された燃料により、副燃焼室３１内の空気が主燃焼室１８へと押し出され、その後、混合気が噴孔３６から噴出する。ゆえに、副燃焼室３１内の当量比が過剰に上昇し、副燃焼室３１内の燃料への点火が困難となる。本実施形態では、噴孔３６を副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１から離間した位置に設けているため、旋回流となった燃料は、副燃焼室３１の底部へ到達する前に噴孔３６から噴出する。そのため、副燃焼室３１内の当量比を維持しつつ、濃厚混合気を噴孔３６から噴出させることができる。 When a swirling flow of fuel is generated in the hemispherical auxiliary combustion chamber 31, the fuel moves to the bottom after filling the large diameter portion. Therefore, if the injection hole 36 is located near the bottom of the auxiliary combustion chamber 31, the air in the auxiliary combustion chamber 31 is pushed out to the main combustion chamber 18 by the injected fuel, and then the air-fuel mixture is It ejects from the nozzle hole 36. Therefore, the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31 increases excessively, and it becomes difficult to ignite the fuel in the auxiliary combustion chamber 31. In the present embodiment, since the injection hole 36 is provided at a position separated from the central axis C <b> 1 of the auxiliary combustion chamber 31, the swirled fuel flows from the injection hole 36 before reaching the bottom of the auxiliary combustion chamber 31. Erupts. Therefore, the rich air-fuel mixture can be ejected from the nozzle hole 36 while maintaining the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31.
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、インジェクタ３４の燃料噴射方向が第１実施形態と異なっている。
Second Embodiment
The sub-chamber internal combustion engine according to this embodiment has the same overall configuration as that of the first embodiment, and the fuel injection direction of the injector 34 is different from that of the first embodiment.
図６（ａ）は、副室構成部３０の横断面図を示しており、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示している。図６（ｂ）において、大径部を通る、中心軸線Ｃ１に垂直な平面をＬ１としており、インジェクタ３４を通る、中心軸線Ｃ１に垂直な平面をＬ２としている。また、燃料噴射方向を示す破線をＣ２としている。このとき、Ｃ２と副燃焼室３１の内周面との交点は、Ｌ１とＬ２の間に位置している。すなわち、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２よりも、大径部側へ向いており、且つ、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向いている。 6A shows a cross-sectional view of the sub chamber constituting part 30, and FIG. 6B shows a BB cross-sectional view of FIG. 6A. In FIG. 6B, a plane that passes through the large diameter portion and is perpendicular to the central axis C1 is L1, and a plane that passes through the injector 34 and is perpendicular to the central axis C1 is L2. A broken line indicating the fuel injection direction is C2. At this time, the intersection of C2 and the inner peripheral surface of the auxiliary combustion chamber 31 is located between L1 and L2. That is, the fuel injection direction of the injector 34 is directed to the large diameter portion side with respect to the plane L2 perpendicular to the central axis C1 passing through the injector 34, and is closer to the central axis C1 passing through the injector 34 than the large diameter portion. It faces the vertical plane L2.
上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects similar to the effects exhibited by the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the first embodiment.
・副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１の方向において、インジェクタ３４を大径部側の反対側に向けた場合、インジェクタ３４から供給された燃料が副燃焼室３１の底部近傍に充満することとなり、副燃焼室３１内の燃料が旋回流となりづらくなる。また、燃料噴射方向を、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向いていない場合、燃料が大径部の内周に沿って流れず、副燃焼室３１内の燃料が旋回流となりづらくなる。そのため、副燃焼室３１の内周近傍に当量比が高い第１領域４２を形成し、副燃焼室３１の中心近傍に当量比の低い第２領域４３を形成することが困難となる。本実施形態では、インジェクタ３４の燃料噴射方向を、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２よりも大径部側へ向けており、且つ、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向くものと規定しているため、副燃焼室３１内に旋回流を形成することができる。それゆえに、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。 In the direction of the central axis C 1 of the auxiliary combustion chamber 31, when the injector 34 is directed to the opposite side of the large diameter portion side, the fuel supplied from the injector 34 is filled near the bottom of the auxiliary combustion chamber 31, It becomes difficult for the fuel in the combustion chamber 31 to become a swirling flow. Further, when the fuel injection direction is not directed to the plane L2 side perpendicular to the central axis C1 passing through the injector 34 rather than the large diameter portion, the fuel does not flow along the inner periphery of the large diameter portion, and the auxiliary combustion chamber 31 It becomes difficult for the fuel inside to become a swirl flow. Therefore, it is difficult to form the first region 42 with a high equivalence ratio near the inner periphery of the sub-combustion chamber 31 and form the second region 43 with a low equivalence ratio near the center of the sub-combustion chamber 31. In the present embodiment, the fuel injection direction of the injector 34 is directed to the larger diameter side than the plane L2 perpendicular to the central axis C1 passing through the injector 34, and the central axis passing through the injector 34 rather than the large diameter part. Since it stipulates that it faces the plane L2 perpendicular to C1, a swirling flow can be formed in the auxiliary combustion chamber 31. Therefore, the equivalence ratio in the sub-combustion chamber 31 can be appropriately managed, and fuel stratification can be formed in the main combustion chamber 18.
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、インジェクタ３４の燃料噴射方向が第１実施形態と異なっている。図７は、本実施形態に係る副室構成部３０の横断面図を示している。
を示している。
<Third Embodiment>
The sub-chamber internal combustion engine according to this embodiment has the same overall configuration as that of the first embodiment, and the fuel injection direction of the injector 34 is different from that of the first embodiment. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the sub chamber constituting part 30 according to the present embodiment.
Is shown.
図７において、インジェクタ３４の燃料噴射方向を示す一点鎖線の線分をＣ３としており、Ｃ３と副燃焼室３１の内周面との交点における、副燃焼室３１の接線をＬ３としている。このとき、Ｃ３とＬ３とのなす角度θ２は、４５°よりも小さい角度に設定されている。 In FIG. 7, a dashed-dotted line segment indicating the fuel injection direction of the injector 34 is C3, and a tangent line of the auxiliary combustion chamber 31 at the intersection of C3 and the inner peripheral surface of the auxiliary combustion chamber 31 is L3. At this time, the angle θ2 formed by C3 and L3 is set to an angle smaller than 45 °.
上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects similar to the effects exhibited by the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the first embodiment.
・インジェクタ３４の燃料噴射方向と、燃料噴射方向における副燃焼室３１の内周面の接線とのなす角度θ２が、直角に近い場合、副燃焼室３１内の燃料の流れが旋回流となりづらい。そのため、副燃焼室３１内の当量比を適切な当量比とする場合には、噴孔３６から噴出する燃料が成層を形成せず、一方、噴孔３６から噴出する燃料の当量比を成層を形成するものとした場合には、副燃焼室３１内の当量比が過剰に上昇する。本実施形態では、インジェクタ３４の燃料噴射方向と、燃料噴射方向における副燃焼室３１の内周面の接線とのなす角度θ２を４５°よりも小さい角度に規定しているため、副燃焼室３１内に供給された燃料を旋回流とすることができる。それゆえに、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。 When the angle θ2 formed by the fuel injection direction of the injector 34 and the tangent line of the inner peripheral surface of the sub-combustion chamber 31 in the fuel injection direction is close to a right angle, the fuel flow in the sub-combustion chamber 31 is not easily swirled. Therefore, when the equivalence ratio in the auxiliary combustion chamber 31 is set to an appropriate equivalence ratio, the fuel ejected from the nozzle hole 36 does not form a stratification, while the equivalent ratio of the fuel ejected from the nozzle hole 36 is not stratified. If it is to be formed, the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31 is excessively increased. In the present embodiment, the angle θ2 formed by the fuel injection direction of the injector 34 and the tangent to the inner peripheral surface of the subcombustion chamber 31 in the fuel injection direction is defined as an angle smaller than 45 °. The fuel supplied inside can be made into a swirl flow. Therefore, the equivalence ratio in the sub-combustion chamber 31 can be appropriately managed, and fuel stratification can be formed in the main combustion chamber 18.
＜第４実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、副室構成部３０が第１実施形態と異なっている。図８（ａ）は、本実施形態における副室構成部３０の縦断面図、及び、燃料を噴射した際の燃料の濃度分布を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
<Fourth embodiment>
The sub-chamber internal combustion engine according to the present embodiment has the same overall configuration as that of the first embodiment, and the sub-chamber component 30 is different from that of the first embodiment. FIG. 8A shows a vertical cross-sectional view of the sub chamber constituting portion 30 in the present embodiment, and a fuel concentration distribution when the fuel is injected, and FIG. 8B shows FIG. 8A. It is AA sectional drawing.
副室構成部３０は、有底の円筒形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１ａと、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられており、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ａの周方向となっている。なお、副燃焼室３１ａについて、中心軸線Ｃ１に垂直な平面となる部分のうち、シリンダヘッド１２側を上端部と称し、上端部に対して他端側を底部と称する。 The sub chamber constituting part 30 has a bottomed cylindrical shape, that is, a sub combustion chamber 31a having a circular cross section in a plane perpendicular to the central axis C1, and a fuel delivery device 32 for delivering fuel supplied from a fuel tank (not shown). And an injector 34 connected to the fuel delivery device 32 via the fuel passage 33 and functioning as a fuel supply unit, and an ignition device 35. Four injectors 34 are provided on a plane perpendicular to the central axis C1 at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1, and the fuel injection direction of the injectors 34 is the circumference of the auxiliary combustion chamber 31a. It has become a direction. In the sub-combustion chamber 31a, the cylinder head 12 side is referred to as the upper end portion and the other end side with respect to the upper end portion is referred to as the bottom portion of the portion that is a plane perpendicular to the central axis C1.
副燃焼室３１ａの側面には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６ａが設けられている。噴孔３６は、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６ａと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６ａに隣り合う噴孔３６ａと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６ａと第２平面上の噴孔３６ａとは、副燃焼室３１ａの側面の、中心軸線Ｃ１と平行な直線上に設けられている。すなわち、第１平面上の噴孔３６ａと第２平面上の噴孔３６ａとは、副燃焼室３１ａの周方向における位置が等しくなっている。 An injection hole 36 a communicating with the main combustion chamber 18 is provided on the side surface of the sub-combustion chamber 31 a. There are four nozzle holes 36 on the first plane perpendicular to the central axis C1 at four equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1, and in parallel at a predetermined interval with respect to the first plane. Also in two planes, four places are provided at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1. That is, on the first plane and the second plane, an angle formed by a straight line connecting one of the injection holes 36a and the central axis C1 and a straight line connecting the injection hole 36a adjacent to the injection hole 36a and the central axis C1. Is 90 °. At this time, the nozzle hole 36a on the first plane and the nozzle hole 36a on the second plane are provided on a straight line parallel to the central axis C1 on the side surface of the auxiliary combustion chamber 31a. That is, the nozzle hole 36a on the first plane and the nozzle hole 36a on the second plane are equal in the circumferential direction of the sub-combustion chamber 31a.
上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ａの周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１ａの内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１ａには、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１ａ内には、当量比の高い第１領域４２ａが副燃焼室３１ａの上端部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ａが、副燃焼室３１ａの中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２ａの燃料が、噴孔３６ａを介してペネトレーション４４ａとなり、主燃焼室１８内へと噴出する。 As described above, the fuel injection direction of the injector 34 is the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31a. Therefore, the injected fuel 41 injected from the injector 34 into the auxiliary combustion chamber 31 flows along the inner periphery of the auxiliary combustion chamber 31a. As a result, a swirling flow of the fuel flowing along the inner periphery is formed in the auxiliary combustion chamber 31a. That is, in the sub-combustion chamber 31a, a first region 42a having a high equivalence ratio is formed near the upper end portion and the inner periphery of the sub-combustion chamber 31a, and a second region 43a having a low equivalence ratio is formed in the sub-combustion chamber 31a. It is formed near the center axis C1 and at the bottom. Therefore, the fuel in the first region 42 a having a high equivalence ratio becomes the penetration 44 a through the nozzle hole 36 a and is ejected into the main combustion chamber 18.
なお、インジェクタ３４を上端部寄りに設けるものとしたが、底部寄りに設けてもよい。この場合には、当量比の高い第１領域４２ａが副燃焼室３１ａの底部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ａが、副燃焼室３１ａの中心軸線Ｃ１近傍及び上端部近傍に形成される。 Although the injector 34 is provided near the upper end, it may be provided near the bottom. In this case, the first region 42a having a high equivalence ratio is formed near the bottom and the inner periphery of the sub-combustion chamber 31a, and the second region 43a having a low equivalence ratio is formed near the center axis C1 and the upper end of the sub-combustion chamber 31a. It is formed near the part.
さらに、本実施形態において、副燃焼室３１ａの底部の形状を平面としたが、その形状は平面に限られず、半球形や円錐形等としてもよい。 Furthermore, in this embodiment, although the shape of the bottom part of the auxiliary | assistant combustion chamber 31a was made into the plane, the shape is not restricted to a plane, It is good also as a hemisphere, a cone shape, etc.
上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects exhibited by the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the first embodiment.
・円筒形の副燃焼室３１ａ内に燃料の旋回流を発生させた場合、燃料は副燃焼室３１ａの側方に充満し後に、副燃焼室３１ａの中心部へと移動する。そのため、噴孔３６ａが副燃焼室３１ａの底部に位置する場合には、噴射された燃料により、副燃焼室３１ａ内の空気が主燃焼室１８へと押し出され、その後、混合気が噴孔３６ａから噴出する。ゆえに、副燃焼室３１ａ内の当量比が過剰に上昇し、副燃焼室３１ａ内の燃料への点火が困難となる。本実施形態では、噴孔３６ａを副燃焼室３１ａの側面に設けているため、旋回流となった燃料は、副燃焼室３１ａの中心部へ到達する前に噴孔３６ａから噴出する。そのため、副燃焼室３１ａ内の当量比を維持しつつ、濃厚混合気を噴孔３６ａから噴出させることができる。 When a swirling flow of fuel is generated in the cylindrical auxiliary combustion chamber 31a, the fuel fills the side of the auxiliary combustion chamber 31a and then moves to the center of the auxiliary combustion chamber 31a. Therefore, when the injection hole 36a is located at the bottom of the auxiliary combustion chamber 31a, the air in the auxiliary combustion chamber 31a is pushed out to the main combustion chamber 18 by the injected fuel, and then the air-fuel mixture is injected into the injection hole 36a. Erupts from. Therefore, the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31a increases excessively, and it becomes difficult to ignite the fuel in the auxiliary combustion chamber 31a. In this embodiment, since the injection hole 36a is provided in the side surface of the subcombustion chamber 31a, the swirled fuel is ejected from the injection hole 36a before reaching the center of the subcombustion chamber 31a. Therefore, the rich air-fuel mixture can be ejected from the nozzle hole 36a while maintaining the equivalent ratio in the auxiliary combustion chamber 31a.
＜第５実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、副室構成部３０が第１実施形態と異なっている。図９（ａ）は、本実施形態における副室構成部３０の縦断面図、及び、燃料を噴射した際の燃料の濃度分布を示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
<Fifth Embodiment>
The sub-chamber internal combustion engine according to the present embodiment has the same overall configuration as that of the first embodiment, and the sub-chamber component 30 is different from that of the first embodiment. FIG. 9A shows a vertical cross-sectional view of the sub chamber constituting portion 30 in the present embodiment and a fuel concentration distribution when the fuel is injected, and FIG. 9B shows FIG. 9A. It is AA sectional drawing.
副室構成部３０は、円錐形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１ｂと、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられており、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ｂの周方向となっている。なお、副燃焼室３１ｂについて、シリンダヘッド１２側となる円錐の底面を大径部と称し、円錐の頂部を底部と称する。 The sub-chamber component 30 includes a sub-combustion chamber 31b having a conical shape, that is, a circular cross section in a plane perpendicular to the central axis C1, a fuel delivery device 32 for delivering fuel supplied from a fuel tank (not shown), a fuel An injector 34 that functions as a fuel supply unit and is connected to the delivery device 32 via a fuel passage 33 and an ignition device 35 are included. Four injectors 34 are provided on the plane perpendicular to the central axis C1 at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1, and the fuel injection direction of the injectors 34 is the circumference of the auxiliary combustion chamber 31b. It has become a direction. Regarding the auxiliary combustion chamber 31b, the bottom surface of the cone on the cylinder head 12 side is referred to as a large diameter portion, and the top portion of the cone is referred to as a bottom portion.
副燃焼室３１ｂの側面には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６ｂが設けられている。噴孔３６ｂは、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６ｂと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６ｂに隣り合う噴孔３６ｂと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６ｂと第２平面上の噴孔３６ｂとは、円錐形の副燃焼室３１ｂの同一母線上に設けられている。 An injection hole 36b communicating with the main combustion chamber 18 is provided on the side surface of the sub-combustion chamber 31b. There are four nozzle holes 36b at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1 in the first plane perpendicular to the central axis C1, and further at a predetermined interval parallel to the first plane. Also in two planes, four places are provided at equal intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1. That is, on the first plane and the second plane, an angle formed by a straight line connecting one of the injection holes 36b and the central axis C1 and a straight line connecting the injection hole 36b adjacent to the injection hole 36b and the central axis C1. Is 90 °. At this time, the nozzle hole 36b on the first plane and the nozzle hole 36b on the second plane are provided on the same bus line of the conical sub-combustion chamber 31b.
なお、噴孔３６ｂは、第１実施形態に準ずる位置に設けられる。すなわち、副燃焼室３１ｂの大径部の半径をｒと定義すると、中心軸線Ｃ１に垂直であり且つ噴孔３６ｂを含む平面において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６ｂとの距離は、ｒ／３よりも長いものとなっている。すなわち、噴孔３６ｂは、円錐形の副燃焼室３１ｂの母線上において、底部から、母線の長さの１／３よりも離間した位置に設けられる。 The nozzle hole 36b is provided at a position according to the first embodiment. That is, if the radius of the large-diameter portion of the auxiliary combustion chamber 31b is defined as r, the distance between the central axis C1 and the injection hole 36b in the plane perpendicular to the central axis C1 and including the injection hole 36b is from r / 3. Is also long. That is, the injection hole 36b is provided on the bus line of the conical sub-combustion chamber 31b at a position spaced from the bottom part by 1/3 of the length of the bus bar.
上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ｂの周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１ｂ内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１ｂの内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１ｂには、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１ｂ内には、当量比の高い第１領域４２ｂが副燃焼室３１ｂの大径部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ｂが、副燃焼室３１ｂの中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２ｂの燃料が、噴孔３６ｂを介してペネトレーション４４ｂとなり、主燃焼室１８内へと噴出する。 As described above, the fuel injection direction of the injector 34 is the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31b. Therefore, the injected fuel 41 injected from the injector 34 into the auxiliary combustion chamber 31b flows along the inner periphery of the auxiliary combustion chamber 31b. Thereby, a swirling flow of fuel flowing along the inner periphery is formed in the auxiliary combustion chamber 31b. That is, in the sub-combustion chamber 31b, a first region 42b having a high equivalence ratio is formed near the large diameter portion and the inner periphery of the sub-combustion chamber 31b, and a second region 43b having a low equivalence ratio is formed in the sub-combustion chamber 31b. Near the center axis C1 and at the bottom. Therefore, the fuel in the first region 42b having a high equivalence ratio becomes the penetration 44b through the nozzle hole 36b and is ejected into the main combustion chamber 18.
なお、図９は概略図であり、副燃焼室３１ｂの中心軸線Ｃ１と副燃焼室３１ｂの側面とのなす角度は図９に示したものに限られることはない。 FIG. 9 is a schematic diagram, and the angle formed by the central axis C1 of the auxiliary combustion chamber 31b and the side surface of the auxiliary combustion chamber 31b is not limited to that shown in FIG.
上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０に準ずる効果を奏する。 With the above configuration, the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the present embodiment has an effect similar to that of the sub-chamber internal combustion engine 10 according to the first embodiment.
＜変形例＞
・上記各実施形態は組み合わせて用いることもできる。すなわち、インジェクタ３４の燃料噴射方向を設定する際に、第２実施形態に係る燃料噴射方向と第３実施形態に係る燃料噴射方向とを共に用いるものとしてもよい。また、副燃焼室３１の形状を第４実施形態又は第５実施形態で示したものとした際に、インジェクタ３４の燃料噴射方向を第２実施形態及び／又は第３実施形態で示したものとしてもよい。
<Modification>
The above embodiments can be used in combination. That is, when setting the fuel injection direction of the injector 34, the fuel injection direction according to the second embodiment and the fuel injection direction according to the third embodiment may be used together. Further, when the shape of the auxiliary combustion chamber 31 is the same as that shown in the fourth embodiment or the fifth embodiment, the fuel injection direction of the injector 34 is assumed to be that shown in the second embodiment and / or the third embodiment. Also good.
・副燃焼室３１，３１ａ，３１ｂの形状は、上記実施形態に示したものに限られない。副燃焼室３１，３１ａ，３１ｂの中心軸線Ｃ１に垂直な平面の形状が円形であれば、インジェクタ３４から供給される燃料を旋回流とすることができる。 The shape of the auxiliary combustion chambers 31, 31a, 31b is not limited to that shown in the above embodiment. If the shape of the plane perpendicular to the central axis C1 of the auxiliary combustion chambers 31, 31a, 31b is circular, the fuel supplied from the injector 34 can be swirled.
・上記各実施形態において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂの数、及び、インジェクタ３４の数を特定しているが、噴孔３６，３６ａ，３６ｂの数、及び、インジェクタ３４の数は、これらに限られない。 In each of the above embodiments, the number of injection holes 36, 36a, 36b and the number of injectors 34 are specified, but the number of injection holes 36, 36a, 36b and the number of injectors 34 are Not limited.
・上記各実施形態において、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂを中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に設けるものとしたが、等間隔でなくてもよい。また、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、インジェクタ３４を中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に設けるものとしたが、等間隔でなくてもよい。 In each of the above embodiments, the nozzle holes 36, 36a, 36b are provided at regular intervals with respect to the central angle centered on the central axis C1 on a plane perpendicular to the central axis C1, but not at regular intervals. May be. Further, the injectors 34 are provided at regular intervals with respect to the central angle with the central axis C1 as the center on a plane perpendicular to the central axis C1, but the injectors 34 need not be equally spaced.
・上記各実施形態において、インジェクタ３４を中心軸線Ｃ１に垂直な同一平面上に設けるものとしたが、同一平面上でなくてもよい。この場合、異なる平面上のインジェクタ３４どうしは、副燃焼室３１の周方向における位置が一致していてもよいし、一致していなくてもよい。すなわち、異なる平面上のインジェクタ３４を同一平面上に射影した場合に、インジェクタ３４どうしが重なってもよいし、重ならなくてもよい。 In each of the above embodiments, the injector 34 is provided on the same plane perpendicular to the central axis C1, but may not be on the same plane. In this case, the injectors 34 on different planes may or may not coincide with each other in the circumferential direction of the auxiliary combustion chamber 31. That is, when the injectors 34 on different planes are projected on the same plane, the injectors 34 may or may not overlap.
・上記各実施形態において、インジェクタ３４と噴孔３６，３６ａ，３６ｂとを、中心軸線Ｃ１に垂直な同一平面上に設けるものとしたが、異なる平面上に設けてもよい。この場合、インジェクタ３４の位置を、中心軸線Ｃ１方向において、いずれの噴孔３６，３６ａ，３６ｂよりも上端部側となるようにしてもよいし、いずれの噴孔３６，３６ａ，３６ｂよりも底部側となるようにしてもよい。また、中心軸線Ｃ１方向において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂと噴孔３６，３６ａ，３６ｂとの間にインジェクタ３４が位置するものとしてもよい。 In each of the above embodiments, the injector 34 and the nozzle holes 36, 36a, 36b are provided on the same plane perpendicular to the central axis C1, but may be provided on different planes. In this case, the injector 34 may be positioned on the upper end side of any of the injection holes 36, 36a, 36b in the direction of the central axis C1, or at the bottom of any of the injection holes 36, 36a, 36b. You may make it become the side. Further, the injector 34 may be positioned between the nozzle holes 36, 36a, 36b and the nozzle holes 36, 36a, 36b in the direction of the central axis C1.
１０…副室式内燃機関、１８…主燃焼室、３１…副燃焼室、３１ａ…副燃焼室、３１ｂ…副燃焼室、３４…インジェクタ、３６…噴孔、３６ａ…噴孔、３６ｂ…噴孔、Ｃ１…中心軸線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sub chamber internal combustion engine, 18 ... Main combustion chamber, 31 ... Sub combustion chamber, 31a ... Sub combustion chamber, 31b ... Sub combustion chamber, 34 ... Injector, 36 ... Injection hole, 36a ... Injection hole, 36b ... Injection hole , C1... Central axis.
Claims (9)
前記副燃焼室は、その中心軸線（Ｃ１）に垂直な断面形状が円であり、
前記噴孔は、前記円の中心から、所定距離離間した位置に設けられており、
前記副燃焼室には、前記副燃焼室内で周方向に向けて燃料を噴射する燃料供給部（３４）が設けられていることを特徴とする副室式内燃機関。 A sub-chamber internal combustion engine (10) comprising a main combustion chamber (18) and a sub-combustion chamber (31, 31a, 31b) provided with injection holes (36, 36a, 36b) communicating with the main combustion chamber. There,
The sub-combustion chamber has a circular cross section perpendicular to its central axis (C1),
The nozzle hole is provided at a position spaced a predetermined distance from the center of the circle,
The sub-combustion internal combustion engine, wherein the sub-combustion chamber is provided with a fuel supply section (34) for injecting fuel in a circumferential direction in the sub-combustion chamber.
前記燃料供給部の燃料噴射方向は、前記燃料供給部を通る前記中心軸線に垂直な平面よりも前記大径部側へ向いており、且つ、前記大径部よりも、前記燃料供給部を通る前記中心軸線に垂直な平面側に向いていることを特徴とする請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。 The sub-combustion chamber has a large diameter portion where the diameter of the cross section is the maximum,
The fuel injection direction of the fuel supply part is directed to the large diameter part side from a plane perpendicular to the central axis passing through the fuel supply part, and passes through the fuel supply part rather than the large diameter part. The sub-chamber internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the sub-chamber internal combustion engine is directed to a plane perpendicular to the central axis.
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