JP2987997B2 - Subchamber type combustion chamber - Google Patents
Subchamber type combustion chamberInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドに副
室を形成した副室式燃焼室に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a subchamber combustion chamber having a subchamber formed in a cylinder head.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、エンジンの燃焼室としては、直接
噴射式及び副室式によって代表されている。直接噴射式
燃焼室は、燃料噴射ノズルより噴射された燃料の噴射エ
ネルギー及び燃焼室内に形成されるスワール等によって
燃料と空気との混合を達成し、可燃性混合気を形成して
いる。副室式燃焼室は、副室内に形成される高スワール
によって燃料油滴と空気との混合を達成し、可燃性混合
気を形成しているが、副室内に高スワールを形成し且つ
伝熱面積の増大によって熱損失が増加するという問題が
あり、更に、副室への空気の流入において連通孔による
絞り損失が増加するという問題を有している。2. Description of the Related Art Conventionally, a combustion chamber of an engine is represented by a direct injection type and a sub-chamber type. The direct injection combustion chamber achieves mixing of fuel and air by the injection energy of the fuel injected from the fuel injection nozzle and swirl formed in the combustion chamber to form a combustible air-fuel mixture. The sub-chamber type combustion chamber achieves mixing of fuel oil droplets and air by a high swirl formed in the sub-chamber to form a combustible air-fuel mixture, but forms a high swirl in the sub-chamber and heat transfer. There is a problem that heat loss increases due to an increase in area, and further, there is a problem that throttle loss due to the communication hole increases when air flows into the sub chamber.
【0003】従来、断熱エンジンの燃焼改善を目的とし
て、副室を持つ断熱エンジンが開発されている。例え
ば、本出願人の出願に係わる特願平1−252277号
には、副室式エンジンが開示されている。該副室式断熱
エンジンは、シリンダヘッドに形成した断熱構造の副
室、該副室と主室とを連通した断熱構造の連絡孔、前記
副室内に配置した多噴孔の燃料噴射ノズル、ピストン上
死点近傍で前記連絡孔に突入するピストンヘッドに設け
た突出部を有している。Conventionally, an insulated engine having a sub chamber has been developed for the purpose of improving combustion of the insulated engine. For example, Japanese Patent Application No. 1-252277 filed by the present applicant discloses a sub-chamber engine. The sub-chamber type heat-insulated engine includes a sub-chamber having a heat insulating structure formed in a cylinder head, a communication hole having a heat insulating structure communicating the sub-chamber with the main chamber, a multi-injection fuel injection nozzle arranged in the sub-chamber, and a piston. A protruding portion is provided on the piston head which protrudes into the communication hole near the top dead center.
【0004】更に、本出願人が先に出願した特願平2−
68544号には、断熱副室式ディーゼルエンジンが開
示されている。該断熱副室式ディーゼルエンジンは、シ
リンダヘッドに設けた断熱構造の球状副室を構成する副
室壁体、該副室壁体のシリンダ対向中央部に形成され且
つ前記副室と主室とを連通する連絡孔、該連絡孔が前記
副室に開口する周囲部分に形成されて前記副室内へ突出
するリップ部、及び前記連絡孔に対向した前記副室の中
央上部に配置し且つ前記副室の内壁面上部から下方に沿
って燃料を噴射する多噴孔を備えた燃料噴射ノズルを有
するものである。Further, Japanese Patent Application No. Hei.
No. 68544 discloses an insulated subchamber diesel engine. The heat-insulated sub-chamber diesel engine includes a sub-chamber wall that forms a spherical sub-chamber of a heat-insulating structure provided in a cylinder head, and is formed at a cylinder-facing central portion of the sub-chamber wall and includes the sub-chamber and the main chamber. A communication hole communicating therewith, a lip portion formed in a peripheral portion where the communication hole opens to the sub-chamber and protruding into the sub-chamber, and a sub-chamber arranged at the upper center of the sub-chamber facing the communication hole; The fuel injection nozzle has a multi-injection hole for injecting fuel downward from above the inner wall surface.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、副室
式エンジンでは、主室から連絡孔を通じて副室へ流入す
る吸入空気は、エンジン作動状態にかかわらず吸入空気
の流入速度は所定値となり、調整されることがない。エ
ンジン作動状態が高負荷の場合には、主室側から連絡孔
を通じて流入する吸入空気の流入速度を速めて副室内に
強力なスワールを発生させ、燃料噴射ノズルから噴射さ
れる燃料と空気との混合を促進して燃焼促進を図る必要
がある。しかしながら、エンジン作動状態が部分負荷の
場合には、主室側から連絡孔を通じて流入する吸入空気
の流入速度が速いと、上記のように副室内での熱損失、
ガス流動損失等が大きくなり、燃費が悪化すると共にエ
ンジン性能が低下するという問題がある。Generally, in a sub-chamber engine, the intake air flowing into the sub-chamber from the main chamber through the communication hole to the sub-chamber has a predetermined value regardless of the engine operating state. There is no adjustment. When the engine operating state is high load, the inflow speed of the intake air flowing through the communication hole from the main chamber side is increased to generate a strong swirl in the sub-chamber, and the fuel and air injected from the fuel injection nozzle are mixed with each other. It is necessary to promote mixing to promote combustion. However, when the operating state of the engine is a partial load, if the inflow speed of the intake air flowing from the main chamber through the communication hole is high, heat loss in the sub-chamber as described above,
There is a problem in that gas flow loss and the like increase, fuel efficiency deteriorates, and engine performance deteriorates.
【0006】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、燃料を噴射する燃料噴射ノズルを
配置した副室をシリンダヘッドに形成し、主室をピスト
ンヘッド側即ちシリンダ側に形成し、特に、副室にガス
を噴射するガス噴射ノズルを配置し、エンジンの部分負
荷時には該ガス噴射ノズルからガスを噴射して吸入空気
に衝突させて流入空気速度を低下させ、それによって副
室内でのガス流動損失、熱損失等を低下させ、燃費の向
上を図ることができる副室式燃焼室を提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a sub-chamber in which a fuel injection nozzle for injecting fuel is disposed is formed in a cylinder head, and a main chamber is provided on a piston head side, that is, on a cylinder side. In particular, a gas injection nozzle for injecting gas into the sub-chamber is arranged, and when the engine is partially loaded, the gas is injected from the gas injection nozzle and collides with the intake air to reduce the inflow air velocity, thereby reducing the inflow air velocity. An object of the present invention is to provide a sub-chamber type combustion chamber capable of reducing gas flow loss and heat loss in a room and improving fuel efficiency.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成し且つ燃料を噴霧す
る燃料噴射ノズルを配置した副室、主室を構成するシリ
ンダ内を往復運動するピストン及び前記副室をシリンダ
側に連通する前記シリンダヘッドに形成した連絡孔を有
する副室式燃焼室において、前記連絡孔から前記副室内
へ流入する空気に対抗する方向にガスを噴射する前記副
室内に配置したガス噴射ノズル、エンジン負荷を検出す
る負荷センサー、及び該負荷センサーによる部分負荷信
号に応答して前記ガス噴射ノズルから吸入空気に向けて
ガスを噴射する制御を行うコントローラ、を有する副室
式燃焼室に関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention provides a sub-chamber formed in a cylinder head and having a fuel injection nozzle for spraying fuel, a piston reciprocating in a cylinder constituting a main chamber, and a sub-chamber formed in the cylinder head communicating with the cylinder side. In a sub-chamber combustion chamber having a communication hole, a gas injection nozzle arranged in the sub-chamber for injecting gas in a direction opposite to air flowing into the sub-chamber from the communication hole, a load sensor for detecting an engine load, And a controller that controls the injection of gas from the gas injection nozzle toward the intake air in response to a partial load signal from the load sensor.
【0008】また、この副室式燃焼室は、前記ピストン
のピストンヘッド面から伸長し且つ上死点近傍で前記連
絡孔に突入して前記連絡孔の通路面積を低減する突出部
を有するものである。The subchamber-type combustion chamber has a projection extending from the piston head surface of the piston and protruding into the communication hole near the top dead center to reduce the passage area of the communication hole. is there.
【0009】[0009]
【作用】この発明による副室式燃焼室は、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、この副室
式燃焼室は、連絡孔から副室内へ流入する空気に対抗す
る方向にガスを噴射する前記副室内に配置したガス噴射
ノズル、エンジン負荷を検出する負荷センサー、及び該
負荷センサーによる部分負荷信号に応答して前記ガス噴
射ノズルから吸入空気に向けてガスを噴射する制御を行
うコントローラを有するので、部分負荷時には前記ガス
噴射ノズルからガスが吸入空気に対抗して噴射され、吸
入空気を攪乱させて流入空気速度を低下させ、それによ
って熱損失、ガス流動損失等を低減して燃費を向上させ
ることができる。また、エンジンの高負荷時には、前記
ガス噴射ノズルからはガスが噴射されないので、流入空
気速度は速められて燃焼促進を図ることができる。The sub-chamber combustion chamber according to the present invention is constructed as described above, and operates as follows. That is, the sub-chamber combustion chamber includes a gas injection nozzle disposed in the sub-chamber for injecting gas in a direction opposing air flowing into the sub-chamber through the communication hole, a load sensor for detecting an engine load, and the load sensor. A controller that controls the gas injection nozzle to inject gas toward the intake air in response to the partial load signal by the gas injection nozzle, so that the gas is injected from the gas injection nozzle against the intake air during the partial load, The air is disturbed to reduce the incoming air velocity, thereby reducing heat loss, gas flow loss, etc., and improving fuel economy. Further, when the engine is under a high load, the gas is not injected from the gas injection nozzle, so that the inflow air velocity is increased, and the combustion can be promoted.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式燃焼室の実施例を説明する。まず、図1及び図2を参
照して、この発明による副室式燃焼室の一実施例を説明
する。図1はこの発明による副室式燃焼室の一実施例を
示し且つエンジンの部分負荷時の状態を示す断面図、及
び図2は図1の副室式燃焼室を示し且つエンジンの高負
荷時の状態を示す断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a sub-chamber type combustion chamber according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an embodiment of a sub-chamber type combustion chamber according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber type combustion chamber according to the present invention and showing a state when an engine is partially loaded, and FIG. 2 is a view showing the sub-chamber type combustion chamber of FIG. It is sectional drawing which shows the state of.
【0011】この副室式燃焼室は、ディーゼルエンジン
に適用するものであり、シリンダブロック14、該シリ
ンダブロック14に固定され且つ吸気ポート25と排気
ポート26を備えたシリンダヘッド7、シリンダヘッド
7に形成した断熱構造の副室2、シリンダブロック14
に形成したシリンダ18内を往復運動するピストン1
7、シリンダヘッド下面、シリンダ18及びピストンヘ
ッド頂面とで形成されるシリンダ室15、副室2内に多
噴孔16を開口する燃料噴射ノズル6及びピストン17
のピストンヘッド4に形成したキャビティ20で構成さ
れる主室1を有している。副室2を断熱構造に構成する
場合には、副室壁体3を、例えば、シリンダヘッド7に
形成された凹部21に配置された耐熱性及び断熱性に富
んだセラミックス、耐熱金属等から成る製作することで
構成される。同様に、主室1を断熱構造に構成する場合
にも耐熱性及び断熱性に富んだセラミックス、耐熱金属
等から成る製作することで構成される。副室壁体3は、
シリンダヘッド7に取付金具等で固定されている。副室
壁体3の外側面とシリンダヘッド7の凹部21の内面と
の間には、断熱空気層等を形成して副室2の断熱度を向
上させることもできる。また、副室壁体3の下面はシリ
ンダヘッド下面19の一部を構成し、該副室壁体3の下
面中央部にはシリンダヘッド7に形成した副室2をピス
トンヘッド4に形成した主室1に対向して連通孔9が形
成されている。また、副室2は、図では吸入空気の押し
込みによって副室2内に空気の乱れを造る構造に構成さ
れているが、該構造に限らず副室構造をスワールチャン
バに構成することもできるものである。なお、吸気ポー
ト25には吸気弁27が配置され、排気ポート26には
排気弁28が配置されている。This sub-chamber type combustion chamber is applied to a diesel engine, and includes a cylinder block 14, a cylinder head 7 fixed to the cylinder block 14 and having an intake port 25 and an exhaust port 26, and a cylinder head 7. Sub-chamber 2 with heat insulation structure formed, cylinder block 14
Piston 1 reciprocating in cylinder 18 formed in
7, a cylinder chamber 15 formed by a lower surface of a cylinder head, a cylinder 18 and a top surface of a piston head, a fuel injection nozzle 6 opening a multi-injection hole 16 in a sub chamber 2 and a piston 17
The main chamber 1 includes a cavity 20 formed in the piston head 4 of the first embodiment. When the sub-chamber 2 is configured to have a heat-insulating structure, the sub-chamber wall 3 is made of, for example, ceramics, heat-resistant metal, etc., which are disposed in the concave portion 21 formed in the cylinder head 7 and have high heat resistance and heat insulation. It is composed by producing. Similarly, when the main chamber 1 is configured to have a heat-insulating structure, the main chamber 1 is formed by manufacturing ceramics, heat-resistant metal, or the like having excellent heat resistance and heat insulating properties. The sub chamber wall 3 is
It is fixed to the cylinder head 7 with a mounting bracket or the like. A heat insulating air layer or the like may be formed between the outer surface of the sub-chamber wall 3 and the inner surface of the concave portion 21 of the cylinder head 7 to improve the degree of heat insulation of the sub-chamber 2. The lower surface of the sub-chamber wall 3 constitutes a part of the cylinder head lower surface 19, and the sub-chamber 2 formed in the cylinder head 7 is formed in the piston head 4 at the center of the lower surface of the sub-chamber wall 3. A communication hole 9 is formed facing the chamber 1. In addition, the sub-chamber 2 has a structure in which air is disturbed in the sub-chamber 2 by pushing the intake air in the figure. However, the sub-chamber 2 is not limited to this structure, and the sub-chamber structure can be configured as a swirl chamber. It is. The intake port 25 is provided with an intake valve 27, and the exhaust port 26 is provided with an exhaust valve 28.
【0012】この副室式燃焼室において、副室2に配置
された燃料噴射ノズル6は、副室2内に燃料を放射状に
噴霧できるようにノズル本体の周方向に形成した多噴孔
16を備えている。燃料噴射ノズル6は、副室2内でほ
ゞ中央から下向きに配置され、多噴孔16は副室2の周
壁に向かって開口している。言い換えれば、副室2の内
部は、燃料噴射ノズル6のノズル軸に対してほゞ対称的
な形状に形成されている。また、ピストン17のピスト
ンヘッド4に形成されたキャビティ20は、主室1を構
成し、該主室1はシリンダヘッド7に形成した連絡孔9
に対向状態に位置している。In this sub-chamber type combustion chamber, the fuel injection nozzle 6 arranged in the sub-chamber 2 has a multi-injection hole 16 formed in the circumferential direction of the nozzle body so as to spray fuel radially into the sub-chamber 2. Have. The fuel injection nozzle 6 is disposed downward from the center in the sub-chamber 2, and the multiple injection holes 16 are open toward the peripheral wall of the sub-chamber 2. In other words, the inside of the sub-chamber 2 is formed in a substantially symmetrical shape with respect to the nozzle axis of the fuel injection nozzle 6. A cavity 20 formed in the piston head 4 of the piston 17 constitutes the main chamber 1, and the main chamber 1 is formed with a communication hole 9 formed in the cylinder head 7.
Is located in a facing state.
【0013】また、ピストンヘッド4に形成したキャビ
ティ20の中央には、ピストンヘッド上面22より突出
し且つピストン上死点近傍で連通孔9の中央を貫通して
突入可能な突出部5が形成されている。突出部5は、ピ
ストンヘッド4のキャビティ20の中央の底面23から
上方に伸長して突出している。この突出部5は、高温の
燃焼ガスに晒される熱負荷の高い部位であるので、耐熱
性に富み且つ高温強度に富んだセラミックスで構成され
ることが好ましいものである。また、図では、突出部5
は上面が平らな面に形成されているが、該平らな面に限
らず上部が丸みの在る形状に形成されてもよいものであ
る。即ち、この突出部5は、連絡孔9に突入することに
よって連絡孔9の内壁面と突出部5の側壁面との間に環
状の通路13を形成し、副室2から該環状通路13を通
じて吹き出される燃焼ガスが通路面積が絞られた通路を
通ることで増速して高速で主室1に流出するように構成
されているものである。従って、ピストン上死点付近で
突出部5が連絡孔9に突入することで連絡孔9の通路は
環状形状になって縮小し、また、突出部5が連絡孔9か
ら抜け出すことによって連絡孔9の通路面積は拡大し、
連絡孔9の通路面積はピストン17の往復運動に応じて
流通面積が変化する流通面積可変通路を形成することに
なる。In the center of the cavity 20 formed in the piston head 4, there is formed a projecting portion 5 projecting from the upper surface 22 of the piston head and penetrating through the center of the communication hole 9 near the top dead center of the piston. I have. The protruding portion 5 extends upward and protrudes from the bottom surface 23 at the center of the cavity 20 of the piston head 4. Since the protruding portion 5 is a portion having a high thermal load exposed to high-temperature combustion gas, it is preferable that the protruding portion 5 be made of ceramics having high heat resistance and high temperature strength. In the figure, the protrusion 5
Although the upper surface is formed in a flat surface, the upper surface is not limited to the flat surface and may be formed in a shape having a rounded upper portion. That is, the protrusion 5 forms an annular passage 13 between the inner wall surface of the communication hole 9 and the side wall surface of the protrusion 5 by protruding into the communication hole 9, and passes through the annular passage 13 from the sub chamber 2. The configuration is such that the combustion gas that is blown out passes through a passage having a reduced passage area, and increases in speed and flows out to the main chamber 1 at high speed. Accordingly, the passage of the communication hole 9 is formed in an annular shape and reduced by the protrusion 5 protruding into the communication hole 9 near the piston top dead center, and the communication hole 9 is formed by the protrusion 5 coming out of the communication hole 9. Passage area expanded,
The passage area of the communication hole 9 forms a passage area variable passage whose passage area changes in accordance with the reciprocating motion of the piston 17.
【0014】この副室式燃焼室は、上記構成において次
の点で特徴を有している。即ち、この副室式燃焼室は、
連絡孔9から副室2内へ流入する空気に対抗する方向に
ガスを噴射する副室2内に配置したガス噴射ノズル8、
エンジン負荷を検出する負荷センサー12、及び該負荷
センサー12による部分負荷信号に応答してガス噴射ノ
ズル8から吸入空気に向けてガスを噴射する制御を行う
コントローラ10を有することである。ガス噴射ノズル
8は、コントローラ10の指令によってサージタンク1
1から送り込まれる空気を副室2に噴射するものであ
る。サージタンク11には、例えば、ターボチャージャ
のコンプレッサから送り込まれる空気が溜められるか、
或いは別に設けたコンプレッサから送り込まれる空気を
溜められている。ガス噴射ノズル8は、主室1側から環
状通路13を通じて吸入される環状の空気流に対して該
環状の空気流の一部に対して対抗するように空気を噴射
するように構成されている。従って、ガス噴射ノズル8
から空気を環状空気流に衝突させることで、吸入空気の
環状空気流を攪乱させることとなり、流入空気速度を低
下させる作用を果たすこととなる。副室2内での空気流
動が低下することで、副室2の壁面からシリンダヘッド
7側への熱流が抑制され、熱損失、ガス流動損失等が低
減し、燃費の悪化を抑制することができる。また、エン
ジン負荷Lは、負荷センサー12によって検出されるも
のである。負荷センサー12は、例えば、アクセルペダ
ルの踏込み量を検出するか或いは燃料噴射ノズル6から
噴射される燃料流量を検出することによってエンジン負
荷Lを検出することができる。This sub-chamber type combustion chamber has the following features in the above configuration. That is, this sub-chamber combustion chamber
A gas injection nozzle 8 disposed in the sub-chamber 2 for injecting gas in a direction opposing air flowing into the sub-chamber 2 from the communication hole 9;
A load sensor 12 for detecting an engine load, and a controller 10 for controlling the gas injection from the gas injection nozzle 8 toward the intake air in response to a partial load signal from the load sensor 12 are provided. The gas injection nozzle 8 is provided with the surge tank 1
1 is to inject the air sent from 1 into the sub-chamber 2. In the surge tank 11, for example, air sent from a turbocharger compressor is stored,
Alternatively, air supplied from a separately provided compressor is stored. The gas injection nozzle 8 is configured to inject air so as to oppose a part of the annular airflow that is sucked from the main chamber 1 side through the annular passage 13. . Therefore, the gas injection nozzle 8
By causing air to collide with the annular air flow, the annular air flow of the intake air is disturbed, and the effect of reducing the inflow air velocity is achieved. By reducing the air flow in the sub-chamber 2, the heat flow from the wall of the sub-chamber 2 to the cylinder head 7 side is suppressed, heat loss, gas flow loss, etc. are reduced, and deterioration of fuel efficiency is suppressed. it can. The engine load L is detected by the load sensor 12. The load sensor 12 can detect the engine load L by, for example, detecting the amount of depression of an accelerator pedal or detecting the flow rate of fuel injected from the fuel injection nozzle 6.
【0015】次に、この副室式燃焼室の作用について説
明する。この副室式燃焼室の燃焼サイクルにおいて、圧
縮行程上死点近傍までは、連絡孔9に突出部5は突入し
ていない状態であるので、連絡孔9の通路面積は絞られ
ておらず、主室1側から副室2へ吸入される吸入空気は
連絡孔9によって絞り損失を受けることなくスムースに
流入される。ピストン上死点近傍である圧縮行程後半に
おいてピストン17の突出部5が連通孔9内に突入する
と、連絡孔9の内壁面と突出部5の側壁面との間に環状
の通路13が形成され、連絡孔9の通路面積は絞られる
と共に、吸入空気の副室2への押し込みによって副室2
内に強力な環状押込み流が発生する。この状態で、矢印
で示すように、燃料噴射ノズル6から副室2に噴射され
た燃料噴霧は、副室2での流動空気と良好な混合を達成
して燃料リッチで一次燃焼をすることになる。Next, the operation of the sub-chamber type combustion chamber will be described. In the combustion cycle of this sub-chamber type combustion chamber, since the protruding portion 5 does not protrude into the communication hole 9 up to near the top dead center of the compression stroke, the passage area of the communication hole 9 is not reduced, The intake air sucked into the sub-chamber 2 from the main chamber 1 side smoothly flows through the communication holes 9 without receiving a throttle loss. When the protrusion 5 of the piston 17 protrudes into the communication hole 9 in the latter half of the compression stroke near the piston top dead center, an annular passage 13 is formed between the inner wall surface of the communication hole 9 and the side wall surface of the protrusion 5. , The passage area of the communication hole 9 is reduced, and the intake air is pushed into the sub-chamber 2 so that the sub-chamber 2 is pressed.
A strong annular pushing flow is generated inside. In this state, as indicated by the arrow, the fuel spray injected from the fuel injection nozzle 6 into the sub-chamber 2 achieves good mixing with the flowing air in the sub-chamber 2 to perform fuel-rich primary combustion. Become.
【0016】次いで、この副室式燃焼室の燃焼サイクル
は、膨張行程に移行し、膨張行程初期において副室2か
らの混合気と火炎から成る燃焼ガスは、ピストンヘッド
4に形成した突出部6の側面8に沿って高速で勢い良く
流出するが、連絡孔9から突出部5が抜け出すことによ
って通路面積は大きくなり、燃焼ガスは一気に副室2か
ら主室1へ流出する。そこで、主室1内で燃焼ガスと主
室1内に存在する新気とは混合が促進され、火炎と空気
との混合を短期に達成して良好に二次燃焼を行って完全
に燃焼して燃焼を完結することになる。Next, the combustion cycle of the sub-chamber type combustion chamber shifts to the expansion stroke, and in the early stage of the expansion stroke, the combustion gas composed of the air-fuel mixture and the flame from the sub-chamber 2 emits the projecting portion 6 formed on the piston head 4. Flows out at a high speed along the side surface 8 of the fuel cell, but as the protrusion 5 comes out of the communication hole 9, the passage area increases, and the combustion gas flows out of the sub-chamber 2 to the main chamber 1 at a stretch. Therefore, the mixture of the combustion gas and the fresh air existing in the main chamber 1 in the main chamber 1 is promoted, and the mixing of the flame and the air is achieved in a short time, and the secondary combustion is performed favorably to completely burn. To complete combustion.
【0017】この副室式燃焼室は、上記のように作動す
るが、特に、次の点に特徴を有している。特に、図3を
参照して、この副室式燃焼室の作用について説明する。
図3はこの発明による副室式燃焼室の作動の一実施例を
説明するための処理フロー図である。エンジンの駆動す
ることで、エンジン負荷Lを負荷センサー12で検出す
る(ステップ40)。負荷センサー12で検出された負
荷信号をコントローラ10に入力し、該コントローラ1
0でエンジン負荷Lがガス噴射ノズル8から吸入空気に
向けて空気を噴射する必要がある予め設定した負荷L0
より小さい状態か否かを判断する(ステップ41)。負
荷センサー12で検出されたエンジン負荷Lが予め設定
した負荷L0 より小さい場合には、エンジンは部分負荷
状態であり、圧縮行程上死点手前でガス噴射ノズル8を
作動し、副室2への吸入空気に対して空気を噴射させ
(ステップ42)、流入空気速度を低下させるコントロ
ールする(ステップ43)。ガス噴射ノズル8から空気
を環状状態に流入する吸入空気に対して噴射して衝突さ
せると、吸入空気は攪乱されて流入空気速度は低下し、
その空気流動の低下した状態で燃料噴射ノズル6から燃
料を噴射し、噴射燃料は着火燃焼して燃料リッチで一次
燃焼するが、連絡孔9は絞られているので十分に副室2
で燃焼を行うと共に、空気速度はガス噴射ノズル8から
吹き出される空気によって低下するので、熱損失、ガス
流動損失等が低減される。This sub-chamber type combustion chamber operates as described above, but has the following features in particular. In particular, with reference to FIG. 3, the operation of the sub-chamber type combustion chamber will be described.
FIG. 3 is a processing flowchart for explaining one embodiment of the operation of the sub-chamber type combustion chamber according to the present invention. By driving the engine, the engine load L is detected by the load sensor 12 (step 40). The load signal detected by the load sensor 12 is input to the controller 10 and the controller 1
0 load L 0 of the engine load L is preset is necessary to inject air toward the intake air from the gas injection nozzle 8
It is determined whether the state is smaller (step 41). When the engine load L detected by the load sensor 12 is smaller than the preset load L 0 , the engine is in a partial load state, and the gas injection nozzle 8 is operated just before the top dead center of the compression stroke to move to the sub chamber 2. Air is injected to the intake air (step 42), and control is performed to reduce the inflow air velocity (step 43). When the air is injected from the gas injection nozzle 8 against the intake air flowing into the annular state to collide with the intake air, the intake air is disturbed and the velocity of the inflow air decreases,
The fuel is injected from the fuel injection nozzle 6 in a state where the air flow is reduced, and the injected fuel is ignited and burns to perform fuel-rich primary combustion.
And the air velocity is reduced by the air blown out from the gas injection nozzle 8, so that heat loss, gas flow loss and the like are reduced.
【0018】また、ステップ41において、負荷センサ
ー12で検出されたエンジン負荷Lが予め設定した負荷
L0 より大きい場合には、エンジンは高負荷状態であ
り、ガス噴射ノズル8から空気を噴射して吸入空気に対
して空気を衝突させて吸入空気を攪乱させて流入空気速
度は低下する必要がないので、コントローラ10はガス
噴射ノズル8を不作動状態に維持し(ステップ44)、
流入空気速度のコントロールを行わない(ステップ4
5)。従って、副室2内には主室1側から連絡孔9を通
じて流入空気速度が速い状態が維持され、そこで、燃料
噴射ノズル6から燃料を噴射し、噴射燃料は着火燃焼し
て燃料リッチで一次燃焼するが、連絡孔9は絞られてい
るので十分に副室2で燃焼を行う。Further, in step 41, is greater than the load L 0 of the engine load L is preset detected by the load sensor 12, the engine is a high load state, by injecting air from the gas injection nozzle 8 Since there is no need to lower the inflow air speed by colliding air with the intake air to disturb the intake air, the controller 10 keeps the gas injection nozzle 8 inoperative (step 44).
Do not control the inflow air speed (Step 4
5). Therefore, the state where the inflow air velocity is high in the sub chamber 2 from the main chamber 1 side through the communication hole 9 is maintained, and the fuel is injected from the fuel injection nozzle 6, where the injected fuel is ignited and burns, and the fuel is rich and primary. Although the fuel is burned, the combustion is sufficiently performed in the sub chamber 2 because the communication hole 9 is narrowed.
【0019】次いで、この副室式燃焼室については、膨
張行程に移行し、膨張行程初期は突出部5が連絡孔9に
突入している状態であり、燃焼ガスは環状通路13を通
じて噴出し始め、次いで突出部5が連絡孔9から抜け出
して連絡孔9の通路面積は一気に大きくなると共に、燃
焼ガスは一気に主室1へ吹き出される。主室1に吹き出
された燃焼ガスは、主室1に存在する新気との混合が促
進され、燃焼期間を短縮して良好に二次燃焼を行う。従
って、この副室式燃焼室は、従来の副室式エンジンのよ
うに主室と副室を連通する連絡孔を絞る形状に構成する
必要がなく、この副室式燃焼室における連絡孔9は、突
出部6を連絡孔9に突入させる構成であるので、該連絡
孔9の径を大径に構成することができ、燃料或いは混合
気と空気との混合を促進できるので、燃料は良好な状態
で完全に燃焼し、HC、NOX の発生を抑制することが
できる。従って、この副室式燃焼室によれば、エンジン
作動状態に最適状態で燃焼サイクルが実行され、燃焼期
間が短縮され、燃費が改善され、HC、NOX 等の発生
を抑制することができる。Next, this sub-chamber type combustion chamber shifts to an expansion stroke, in the initial stage of the expansion stroke, the protruding portion 5 is intruding into the communication hole 9, and the combustion gas starts to be injected through the annular passage 13. Then, the protruding portion 5 comes out of the communication hole 9 and the passage area of the communication hole 9 increases at a stretch, and the combustion gas is blown out to the main chamber 1 at a stretch. Combustion of the combustion gas blown out to the main chamber 1 with fresh air existing in the main chamber 1 is promoted, so that the combustion period is shortened and secondary combustion is favorably performed. Therefore, unlike the conventional sub-chamber type engine, the sub-chamber type combustion chamber does not need to be formed in a shape that narrows the communication hole communicating the main chamber and the sub-chamber, and the communication hole 9 in the sub-chamber type combustion chamber is not required. Since the projecting portion 6 is made to protrude into the communication hole 9, the diameter of the communication hole 9 can be made large, and the mixing of the fuel or the air-fuel mixture with the air can be promoted. In this state, the fuel is completely burned, and the generation of HC and NO X can be suppressed. Therefore, according to the pre-combustion chamber a combustion chamber, is performed combustion cycle in an optimum state to engine operating conditions, reduces the combustion period, the fuel economy is improved, HC, and occurrence of NO X can be suppressed.
【0020】[0020]
【発明の効果】この発明による副室式燃焼室は、上記の
ように構成されており、次のような効果を有する。即
ち、この副室式燃焼室は、連絡孔から副室内へ流入する
空気に対抗する方向にガスを噴射する前記副室内に配置
したガス噴射ノズル、エンジン負荷を検出する負荷セン
サー、及び該負荷センサーによる部分負荷信号に応答し
て前記ガス噴射ノズルから吸入空気に向けてガスを噴射
する制御を行うコントローラを有するので、部分負荷時
には前記ガス噴射ノズルからガスが吸入空気に対抗して
噴射され、吸入空気を攪乱させて流入空気速度を低下さ
せ、それによって熱損失、ガス流動損失等を低減して燃
費を向上させることができる。また、エンジンの高負荷
時には、前記ガス噴射ノズルからはガスが噴射されない
ので、流入空気速度は速められて燃焼促進を図ることが
できる。The sub-chamber type combustion chamber according to the present invention is configured as described above and has the following effects. That is, the sub-chamber combustion chamber includes a gas injection nozzle disposed in the sub-chamber for injecting gas in a direction opposing air flowing into the sub-chamber through the communication hole, a load sensor for detecting an engine load, and the load sensor. A controller that controls the gas injection nozzle to inject gas toward the intake air in response to the partial load signal by the gas injection nozzle, so that the gas is injected from the gas injection nozzle against the intake air during the partial load, The air is disturbed to reduce the incoming air velocity, thereby reducing heat loss, gas flow loss, etc., and improving fuel economy. Further, when the engine is under a high load, the gas is not injected from the gas injection nozzle, so that the inflow air velocity is increased, and the combustion can be promoted.
【0021】そして、前記副室内で発生している強力な
空気流動即ちスワール中に前記副室に配置した燃料噴射
ノズルからの噴霧燃料が噴射され、良好な混合気が形成
されて着火して一次燃焼を行う。即ち、ピストン上死点
で前記流通面積可変通路は流通面積が小さくなって絞り
状態になり、前記副室に導入される空気は前記副室内で
強力な空気乱れを発生する。しかも、前記燃料噴射ノズ
ルは多噴孔で構成されているので、燃料は高噴射で放射
状に噴霧されるので、該噴霧燃料は前記スワールと良好
な混合気を形成し、前記副室で燃料リッチな状態で燃焼
してNOX の発生は抑制される。Then, the sprayed fuel from the fuel injection nozzle arranged in the sub-chamber is injected into the strong air flow generated in the sub-chamber, that is, swirl, and a good air-fuel mixture is formed to ignite the primary fuel. Perform combustion. That is, at the top dead center of the piston, the flow area of the variable flow area passage is reduced to a narrowed state, and the air introduced into the sub chamber generates strong air turbulence in the sub chamber. In addition, since the fuel injection nozzle is composed of multiple injection holes, the fuel is sprayed radially with high injection, so that the sprayed fuel forms a good mixture with the swirl, and the fuel is rich in the sub-chamber. generation of the NO X is suppressed by burning in a state.
【0022】次いで、前記副室で一次燃焼した火炎と混
合気の燃焼ガスは前記副室から前記突出部の錐面に沿っ
て高速で前記主室に流入し、前記主室内で上下方向のス
ワールとなって流動する。そこで、前記主室内で燃焼ガ
スと前記主室内の新気との混合が促進され、燃焼ガスと
空気との混合を短期に達成されて混合が促進するので、
燃焼期間が短縮され、良好な二次燃焼を行うことにな
り、燃費が改善され、ハイドロカーボンHCの発生を抑
制できる。Next, the combustion gas of the air-fuel mixture and the flame primarily burned in the sub-chamber flows into the main chamber at high speed from the sub-chamber along the conical surface of the protruding portion, and the swirl in the vertical direction in the main chamber. And flows. Therefore, the mixing of the combustion gas with the fresh air in the main chamber is promoted in the main chamber, and the mixing of the combustion gas and the air is achieved in a short period of time, so that the mixing is promoted.
The combustion period is shortened, good secondary combustion is performed, fuel efficiency is improved, and generation of hydrocarbon HC can be suppressed.
【0023】また、この副室式燃焼室は、ピストンのピ
ストンヘッド面から伸長し且つ上死点近傍で連絡孔に突
入して流通面積を低減する突出部を有するので、ピスト
ン上死点近傍でのピストンの往復運動に伴って前記連通
孔の内周面と前記突出部の側面との間に形成される前記
連絡孔の通路面積が可変状態となる。従って、従来の副
室式燃焼室のように主室と副室を連通する連絡孔を絞る
形状に構成する必要がなく、この副室式燃焼室について
は前記連絡孔の径を大径に構成することができ、前記副
室内への吸入空気は絞り損失を受けることなくスムース
に流入し、エンジン性能を低下することなく、高効率の
エンジンを提供できる。また、膨張行程初期には前記連
絡孔は前記突出部で絞られているので、前記副室内で十
分に燃料リッチで一次燃焼を行ってHC、NOX 等の発
生は抑制することができる。Further, since the sub-chamber type combustion chamber has a protruding portion extending from the piston head surface of the piston and entering the communication hole near the top dead center to reduce the flow area, the vicinity of the piston top dead center is reduced. With the reciprocating motion of the piston, the passage area of the communication hole formed between the inner peripheral surface of the communication hole and the side surface of the protrusion becomes variable. Therefore, unlike the conventional sub-chamber type combustion chamber, it is not necessary to configure the communication hole which communicates the main chamber and the sub-chamber with a shape that narrows the communication hole. Thus, the intake air into the sub-chamber flows smoothly without receiving a throttle loss, and a highly efficient engine can be provided without deteriorating the engine performance. Further, since the expansion stroke initial the communication hole is narrowed by the projecting portion, occurrence of HC, NO X and the like by performing a primary combustion at a sufficiently fuel rich the vice chamber can be suppressed.
【図1】この発明による副室式燃焼室の一実施例を示し
且つエンジンの部分負荷時の状態を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber type combustion chamber according to the present invention and showing a state when an engine is partially loaded.
【図2】図1に示す副室式燃焼室を示し且つエンジンの
高負荷時の状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a sub-chamber type combustion chamber shown in FIG. 1 and showing a state when an engine is under a high load.
【図3】図1に示すこの副室式燃焼室の作動の一実施例
を示す処理フロー図である。FIG. 3 is a process flowchart showing one embodiment of the operation of the sub-chamber type combustion chamber shown in FIG.
1 主室 2 副室 4 ピストンヘッド 5 突出部 6 燃料噴射ノズル 7 シリンダヘッド 8 ガス噴射ノズル 9 連絡孔 10 コントローラ 11 サージタンク 12 負荷センサー 13 環状通路 15 シリンダ室 16 多噴孔 17 ピストン 20 キャビティ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Sub chamber 4 Piston head 5 Projection part 6 Fuel injection nozzle 7 Cylinder head 8 Gas injection nozzle 9 Communication hole 10 Controller 11 Surge tank 12 Load sensor 13 Annular passage 15 Cylinder chamber 16 Multiple injection holes 17 Piston 20 Cavity
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 19/08 F02B 19/10 F02B 23/00 F02B 23/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F02B 19/08 F02B 19/10 F02B 23/00 F02B 23/02
Claims (2)
する燃料噴射ノズルを配置した副室、主室を構成するシ
リンダ内を往復運動するピストン及び前記副室をシリン
ダ側に連通する前記シリンダヘッドに形成した連絡孔を
有する副室式燃焼室において、前記連絡孔から前記副室
内へ流入する空気に対抗する方向にガスを噴射する前記
副室内に配置したガス噴射ノズル、エンジン負荷を検出
する負荷センサー、及び該負荷センサーによる部分負荷
信号に応答して前記ガス噴射ノズルから吸入空気に向け
てガスを噴射する制御を行うコントローラ、を有する副
室式燃焼室。1. A sub-chamber formed in a cylinder head and having a fuel injection nozzle for spraying fuel disposed therein, a piston reciprocating in a cylinder constituting a main chamber, and a cylinder head communicating the sub-chamber to a cylinder side. In a sub-chamber combustion chamber having a formed communication hole, a gas injection nozzle disposed in the sub-chamber for injecting gas in a direction opposite to air flowing into the sub-chamber from the communication hole, a load sensor for detecting an engine load And a controller that controls a gas injection from the gas injection nozzle toward the intake air in response to a partial load signal from the load sensor.
長し且つ上死点近傍で前記連絡孔に突入して前記連絡孔
の通路面積を低減する突出部を有する請求項1に記載の
副室式燃焼室。2. The sub-chamber combustion according to claim 1, further comprising a protrusion extending from a piston head surface of the piston and protruding into the communication hole near a top dead center to reduce a passage area of the communication hole. Room.
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JPH04318217A JPH04318217A (en) | 1992-11-09 |
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