JP3163841B2 - Subchamber engine - Google Patents
Subchamber engineInfo
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- JP3163841B2 JP3163841B2 JP12306793A JP12306793A JP3163841B2 JP 3163841 B2 JP3163841 B2 JP 3163841B2 JP 12306793 A JP12306793 A JP 12306793A JP 12306793 A JP12306793 A JP 12306793A JP 3163841 B2 JP3163841 B2 JP 3163841B2
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、主燃焼室、副燃焼室
及び該副燃焼室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルを有す
る副室式エンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sub-chamber engine having a main combustion chamber, a sub-combustion chamber, and a fuel injection nozzle for spraying fuel into the sub-combustion chamber.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、エンジンの燃焼改善を目的として
渦流室を持つ副室式エンジンが開発されている。このよ
うな副室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した渦流
室即ち副燃焼室、該副燃焼室とシリンダ側に形成した主
燃焼室とを連通する連絡孔及び副燃焼室内に燃料を噴霧
する燃料噴射ノズルを有し、連絡孔を通じて副燃焼室に
流入する渦流によって副燃焼室内に噴射された燃料とで
混合気を形成させている。或いは、副室式エンジンで
は、副燃焼室をピストンに形成し、該副燃焼室内にピス
トン上死点近傍で突入するように構成したものが開示さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, a sub-chamber type engine having a swirl chamber has been developed for the purpose of improving the combustion of the engine. Such a sub-chamber type engine has a swirl chamber or sub-combustion chamber formed in a cylinder head, a communication hole communicating the sub-combustion chamber with a main combustion chamber formed on the cylinder side, and a fuel for spraying fuel into the sub-combustion chamber. It has an injection nozzle, and forms an air-fuel mixture with fuel injected into the sub-combustion chamber by a vortex flowing into the sub-combustion chamber through the communication hole. Alternatively, in a sub-chamber engine, there is disclosed an engine in which a sub-combustion chamber is formed in a piston and protrudes into the sub-combustion chamber near the top dead center of the piston.
【０００３】また、図３に示すような副室式エンジンが
開示されている。図３は副室式エンジンにおけるピスト
ン頂面を示す平面図である。該副室式エンジンは、ピス
トン８側に副燃焼室２を形成したものであり、副燃焼室
２とシリンダ側に形成された主燃焼室とを複数のストレ
ート状連絡孔１５で連通している。ピストン８にストレ
ート状連絡孔１５を複数個形成した場合には、吸入空気
が圧縮行程で主燃焼室から連絡孔１５を通じて副燃焼室
２に流入することによって副燃焼室２内に旋回流を形成
し、また、火炎、未燃混合気等のガスが膨張行程で副燃
焼室２から連絡孔１５を通じて主燃焼室に噴出すること
によって主燃焼室に旋回流を形成している。[0003] A sub-chamber engine as shown in FIG. 3 is disclosed. FIG. 3 is a plan view showing a piston top surface in the sub-chamber engine. In the sub-chamber engine, the sub-combustion chamber 2 is formed on the piston 8 side, and the sub-combustion chamber 2 and the main combustion chamber formed on the cylinder side communicate with each other through a plurality of straight communication holes 15. . When a plurality of straight communication holes 15 are formed in the piston 8, the intake air flows from the main combustion chamber into the sub combustion chamber 2 through the communication holes 15 in the compression stroke to form a swirl flow in the sub combustion chamber 2. Further, a gas such as a flame or an unburned air-fuel mixture blows out from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber through the communication hole 15 in the expansion stroke, thereby forming a swirling flow in the main combustion chamber.
【０００４】従来、直接噴射式ディーゼルエンジンとし
て、特開昭６３−１８１２６号公報に開示されたものが
ある。該直接噴射式ディーゼルエンジンは、ピストン頂
部に形成した燃焼室内に多噴口ノズルを設けると共に、
各噴口が臨む燃焼室の内壁部に噴口から噴霧される燃料
に対向させて圧縮行程時にシリンダ室内で圧縮された空
気を噴出させる導入孔を形成したものである。A conventional direct injection diesel engine is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-18126. The direct injection diesel engine has a multi-injection nozzle in a combustion chamber formed at the top of the piston,
An inlet hole is formed on the inner wall of the combustion chamber facing each injection port, for injecting compressed air in the cylinder chamber during the compression stroke, facing the fuel sprayed from the injection port.
【０００５】また、内燃機関の燃焼室構造として、特開
昭６３−１７６６２１号公報に開示されたものがある。
該内燃機関の燃焼室構造は、頭部にキャビティから成る
ピストン燃焼室を有するピストン、シリンダ及びシリン
ダヘッドから成り、ピストンの運動方向に対して傾きを
有し、ピストン上面とピストン燃焼室とを連通する少な
くとも１つの貫通孔及び／又は溝状スリットを設けると
共に、少なくとも貫通孔又は溝状スリット付近をセラミ
ック製部材から構成したものである。しかも、貫通孔又
は溝状スリットは、ピストンの運動方向に対する傾きが
一方向又は交互に逆方向に形成されているものである。As a combustion chamber structure of an internal combustion engine, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-176621.
The combustion chamber structure of the internal combustion engine includes a piston, a cylinder, and a cylinder head having a piston combustion chamber having a cavity at a head, and has a tilt with respect to the direction of movement of the piston, and communicates between the piston upper surface and the piston combustion chamber. At least one through hole and / or groove slit is provided, and at least the vicinity of the through hole or groove slit is made of a ceramic member. Moreover, the through-holes or groove-like slits are formed such that the inclination with respect to the movement direction of the piston is in one direction or alternately in the opposite direction.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の副室式エンジン
では、スワールチャンバタイプのもので、副室容積比を
５２〜５８％、副室連絡孔面積比を１．２〜１．６％程
度で、単噴孔ノズルで燃焼の最適化を図っている。副室
式燃焼室の燃料噴霧と空気との混合は、圧縮行程で圧縮
された空気が絞りとなる連絡孔を通ることにより、空気
の流速が増し、これが混合気生成エネルギーとなり、燃
料噴霧との混合を促進していると考えられている。ま
た、膨張行程では副室での燃焼と連絡孔の絞り効果によ
り、燃焼ガスの副室から主室への噴出エネルギーとな
り、主室での燃焼を促進していると考えられている。こ
のような副室式エンジンでは、燃焼に重要な混合気生成
エネルギー、及び噴出エネルギーを連絡孔の絞りにより
形成されているため、連絡孔の通路面積を大きくするこ
とができず、そのためポンプ損失が大きく、また、混合
気生成を激しい空気流動により得ているために、副室内
の熱伝導率が大きく、冷却水損失が大きくなっている。The conventional sub-chamber type engine is of a swirl chamber type and has a sub-chamber volume ratio of 52 to 58% and a sub-chamber communication hole area ratio of about 1.2 to 1.6%. Thus, optimization of combustion is achieved with a single injection nozzle. In the mixing of the fuel spray and air in the sub chamber combustion chamber, the air compressed in the compression stroke passes through a communication hole serving as a throttle, thereby increasing the flow velocity of the air. It is believed to promote mixing. Further, it is considered that in the expansion stroke, the combustion gas in the sub-chamber and the throttling effect of the communication hole cause the energy of the combustion gas to be ejected from the sub-chamber to the main chamber, thereby promoting the combustion in the main chamber. In such a sub-chamber engine, since the mixture generation energy and the ejection energy that are important for combustion are formed by restricting the communication hole, the passage area of the communication hole cannot be increased, so that pump loss is reduced. Since the mixture is large and the air-fuel mixture is generated by violent air flow, the thermal conductivity in the sub-chamber is large and the cooling water loss is large.
【０００７】また、主室と副室を連通する連絡孔を副室
壁面の接線方向に角度を持たせて設けることにより、副
室内の空気流動が活発化し、更に着火後、主室への火炎
の噴出エネルギーの減衰がなく、短時間に主室最外周に
火炎が到達するため、空気利用率が向上し、有害ガスの
少ないクリーンな燃焼が可能で出力も向上する。Further, by providing a communication hole communicating the main chamber and the sub-chamber at an angle in a tangential direction of the wall surface of the sub-chamber, the air flow in the sub-chamber is activated, and after the ignition, the flame to the main chamber is fired. As the flame reaches the outermost periphery of the main chamber in a short time, the air utilization rate is improved, clean combustion with less harmful gas is possible, and the output is improved.
【０００８】ところが、副室に流入する時の空気流動が
強すぎる場合には、次のような悪影響が発生する。即
ち、副室内で生じるスワール流はオーバースワールの状
態となり、ＮＯX の排出量が増加することになる。ま
た、副室内の空気流動の速度が増加することにより、副
室壁面の熱伝導率が上昇し、壁面からの放熱が増加する
ことにより、出力が低下する。更に、副室内の空気流動
の速度が増加することにより、副室壁面の温度が上昇す
るため、圧縮温度が上昇し、着火遅れ時間が短縮され、
燃焼が悪化する。上記のことより、副室から主室へ噴出
する火炎のペネトレーションの増強と、副室内の燃焼の
悪化は、背反する関係になり、連絡孔の径は両者がバラ
ンスする寸法となり、最適な値はとれない。[0008] However, if the air flow when flowing into the sub chamber is too strong, the following adverse effects occur. That is, the swirl flow generated by the auxiliary combustion chamber becomes the state of over-swirl, emissions of the NO X will increase. In addition, as the speed of the air flow in the sub-chamber increases, the thermal conductivity of the sub-chamber wall surface increases, and the heat output from the wall surface increases, so that the output decreases. Furthermore, since the speed of the air flow in the sub-chamber increases, the temperature of the sub-chamber wall surface increases, so that the compression temperature increases, and the ignition delay time is reduced,
Combustion worsens. From the above, the enhancement of the penetration of the flame spouting from the sub-chamber to the main chamber and the worsening of the combustion in the sub-chamber are in conflicting relationship, and the diameter of the communication hole is a dimension that balances both, and the optimal value is Can not be removes.
【０００９】また、渦流室式エンジンでは、副室と主室
とを連通する連絡孔が小さいので、該連絡孔による絞り
損失が発生し、エンジン出力を低減する原因になる。一
般に、主室と副室とを連通する連絡孔は、シリンダ中心
部或いは外周部の１つの部位のいずれかに設けられてい
るので、噴流の到達しなければならない距離が長くな
り、主室での空気との混合が不十分になり、ＨＣ、スモ
ークの発生原因になる。特に、主燃焼室での混合促進の
ため連絡孔通路面積を小さくすると、副燃焼室での渦流
が強く成り過ぎて副燃焼室内での燃焼が悪化する。Further, in the swirl chamber type engine, since the communication hole communicating the sub-chamber and the main chamber is small, a throttle loss due to the communication hole occurs, which causes a reduction in engine output. In general, the communication hole communicating the main chamber and the sub-chamber is provided in one of the central portion and the outer peripheral portion of the cylinder, so that the distance that the jet has to reach becomes longer, and Is insufficiently mixed with air, which causes the generation of HC and smoke. In particular, if the area of the communication hole passage is reduced in order to promote mixing in the main combustion chamber, the swirl in the sub-combustion chamber becomes too strong, and combustion in the sub-combustion chamber deteriorates.
【００１０】図３に示すような副室式エンジンでは、吸
入空気が圧縮行程で主燃焼室から連絡孔１５を通じて副
燃焼室２に流入するが、副燃焼室２内に形成される旋回
流の強さは各連絡孔１５の偏心量と通路面積とによって
調整設定され、次いで、燃料噴射ノズルから燃料が副燃
焼室２内に圧縮行程終端付近で噴射されることで燃料が
気化混合して着火燃焼する。また、火炎、未燃混合気等
のガスが膨張行程で副燃焼室２から連絡孔１５を通じて
主燃焼室に噴出し、ガスの噴出エネルギーによって主燃
焼室に形成される旋回流が形成されるが、その強さは各
連絡孔１５の偏心量と通路面積とによって調整設定され
る。In the sub-chamber engine as shown in FIG. 3, the intake air flows into the sub-combustion chamber 2 from the main combustion chamber through the communication hole 15 in the compression stroke. The strength is adjusted and set by the amount of eccentricity of each communication hole 15 and the passage area, and then the fuel is injected from the fuel injection nozzle into the sub-combustion chamber 2 near the end of the compression stroke, whereby the fuel is vaporized and mixed and ignited. Burn. Further, gas such as a flame or an unburned air-fuel mixture is ejected from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber through the communication hole 15 in the expansion stroke, and a swirling flow formed in the main combustion chamber is formed by the ejection energy of the gas. The strength is adjusted and set by the amount of eccentricity of each communication hole 15 and the passage area.
【００１１】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、副燃焼室をピストンに形成し、主
燃焼室をシリンダ側に形成し、主燃焼室と副燃焼室とを
連通する連絡孔をピストン周方向に複数設けると共に、
吸入空気が主燃焼室から副燃焼室へ連絡孔の集合通路部
を通じて流入し、副燃焼室内での旋回流が適正に調整さ
れ、次いで、火炎、未燃混合気等のガスが副燃焼室から
連絡孔の分岐通路部を通じて主燃焼室へ噴出され、該分
岐通路部の偏心量と分岐通路面積によって適正に調整さ
れ、噴出されたガスが好ましくは主燃焼室に残存する吸
気スワールに乗って新気との混合を促進し、副燃焼室で
の混合燃焼を良好にすると共に、主燃焼室での混合燃焼
を促進して燃焼スピードを短縮して熱効率を向上させ、
スモーク、ＨＣ、ＮＯX 等の発生を抑制する副室式エン
ジンを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems. An auxiliary combustion chamber is formed on a piston, a main combustion chamber is formed on a cylinder side, and the main combustion chamber and the auxiliary combustion chamber are communicated. In addition to providing multiple communication holes in the circumferential direction of the piston,
The intake air flows from the main combustion chamber to the sub-combustion chamber through the collective passage portion of the communication hole, the swirling flow in the sub-combustion chamber is appropriately adjusted, and then gas such as a flame, an unburned mixture is discharged from the sub-combustion chamber. The gas is injected into the main combustion chamber through the branch passage portion of the communication hole, properly adjusted according to the amount of eccentricity of the branch passage portion and the branch passage area, and the discharged gas preferably gets on the intake swirl remaining in the main combustion chamber and becomes fresh. In addition to promoting mixing with air, improving mixed combustion in the sub-combustion chamber, and promoting mixed combustion in the main combustion chamber, shortening the combustion speed and improving thermal efficiency,
Smoke, HC, it is to provide a suppressing pre-combustion chamber engine generation of NO X.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、シリンダ側に形成された主燃焼室、ピストンに
形成された副燃焼室、前記主燃焼室と前記副燃焼室を連
通する連絡孔及び前記副燃焼室内に燃料を噴霧する燃料
噴射ノズルを有する副室式エンジンにおいて、前記ピス
トンの中央上部には前記燃料噴射ノズルが上死点近傍で
突入する中央挿入孔が形成され、前記連絡孔は前記中央
挿入孔の回りに隔置して複数個形成され且つ前記副燃焼
室とピストン頂面の間で前記副燃焼室の中心軸から偏心
した方向に伸び、前記連絡孔は前記副燃焼室に開口する
集合通路部と該集合通路部に連通する前記主燃焼室に開
口する複数の分岐通路部から構成され、前記各分岐通路
部はシリンダ中心軸からの偏心量が異なる方向にそれぞ
れ伸びていることを特徴とする副室式エンジンに関す
る。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention provides a main combustion chamber formed on a cylinder side, a sub-combustion chamber formed on a piston, a communication hole communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber, and a fuel spraying fuel into the sub-combustion chamber. In a sub-chamber engine having an injection nozzle, a central insertion hole into which the fuel injection nozzle protrudes near the top dead center is formed at the upper center of the piston, and the communication holes are spaced around the central insertion hole. The communication hole extends between the sub-combustion chamber and the piston top surface in a direction eccentric from the central axis of the sub-combustion chamber, and the communication hole is open to the sub-combustion chamber. A sub-chamber engine, comprising: a plurality of branch passage portions that open to the main combustion chamber communicating with the main combustion chamber; each of the branch passage portions extends in a direction in which the amount of eccentricity from the cylinder center axis is different. .
【００１３】また、この副室式エンジンにおいて、前記
副燃焼室内に形成される旋回流の強さは前記集合通路部
の前記副燃焼室の中心軸からの偏心量と集合通路面積で
調整設定でき、また、前記主燃焼室内に形成される旋回
流の強さは前記各分岐通路部の前記シリンダの中心軸か
らのそれぞれの偏心量と分岐通路面積で調整設定できる
ものである。In this sub-chamber engine, the strength of the swirl flow formed in the sub-combustion chamber can be adjusted and set by the amount of eccentricity of the collecting passage from the central axis of the sub-combustion chamber and the collecting passage area. The strength of the swirl flow formed in the main combustion chamber can be adjusted and set by the amount of eccentricity of each of the branch passages from the central axis of the cylinder and the area of the branch passage.
【００１４】また、この副室式エンジンにおいて、前記
分岐通路部は前記主燃焼室へ噴出するガスが前記主燃焼
室に残存する吸気スワールと同一方向に噴出する方向に
傾斜しているものである。Further, in this sub-chamber engine, the branch passage portion is inclined in a direction in which gas injected into the main combustion chamber is injected in the same direction as intake swirl remaining in the main combustion chamber. .
【００１５】[0015]
【作用】この発明による副室式エンジンは、上記のよう
に構成され、次のように作用する。即ち、この副室式エ
ンジンは、ピストンに形成された連絡孔が中央挿入孔の
回りの周方向に隔置して複数個形成され且つ副燃焼室と
ピストン頂面との間で前記副燃焼室の中心軸から偏心し
た中央方向に伸び、前記連絡孔が前記副燃焼室に開口す
る集合した集合通路部と主燃焼室に開口した複数に分岐
した分岐通路部から構成され、前記各分岐通路部はシリ
ンダ中心軸からの偏心量が異なる方向にそれぞれ伸びて
いるので、前記副燃焼室への旋回流をオーバスワールに
なることを前記集合通路部の偏心量と集合通路面積で調
整設定でき、また、前記主燃焼室への噴き出し火炎、未
燃混合気等のガスの旋回流を前記分岐通路部の偏心量と
分岐通路面積で調整設定できる。従って、前記副燃焼室
と前記主燃焼室とで異なった強さの旋回流を形成させる
ことができ、特に、前記副燃焼室では旋回流を弱く、前
記主燃焼室では旋回流を強く且つ噴出エネルギーを大き
くすることができ、前記副燃焼室での混合気を均一に生
成させ、また前記主燃焼室での空気利用率を高くして燃
焼スピードを短縮させることができる。The sub-chamber engine according to the present invention is constructed as described above, and operates as follows. That is, in this sub-chamber engine, a plurality of communication holes formed in the piston are formed circumferentially spaced around the central insertion hole, and the communication hole is formed between the sub-combustion chamber and the top surface of the piston. Each of the branch passage portions extending in a central direction eccentric from the central axis of the branch passage portion, wherein the communication holes are formed into a collective passage portion that opens into the sub-combustion chamber and a plurality of branch passage portions that open into the main combustion chamber. Since the amount of eccentricity from the cylinder center axis extends in different directions, the swirl flow to the sub-combustion chamber can be adjusted to be overswirl by the amount of eccentricity of the collecting passage portion and the collecting passage area, and In addition, the swirling flow of gas such as a jet flame and an unburned mixture injected into the main combustion chamber can be adjusted and set by the eccentricity of the branch passage and the branch passage area. Therefore, swirl flows having different strengths can be formed in the sub-combustion chamber and the main combustion chamber. In particular, the swirl flow is weak in the sub-combustion chamber, and the swirl flow is strong and ejected in the main combustion chamber. Energy can be increased, the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber can be generated uniformly, and the air utilization rate in the main combustion chamber can be increased to reduce the combustion speed.
【００１６】従って、前記分岐通路部の各分岐通路面積
を小さく形成しても、前記副燃焼室へ流入する吸入空気
の旋回流の強さが前記集合通路部で適正に調整設定する
ことができ、また、個々の前記分岐通路部の通路面積を
小さくでき、前記副燃焼室内で部分的に燃焼したガスが
燃焼による圧力上昇の結果、前記副燃焼室から個々の前
記分岐通路部を通って前記主燃焼室へ高い流出速度で噴
出し、噴出した火炎、未燃混合気等のガスは前記主燃焼
室に存在する吸気スワールに乗って混合が促進され、燃
焼を短期に完結することができ、スモーク等の発生を抑
制して熱効率を向上させる。Therefore, even if each branch passage area of the branch passage portion is formed to be small, the strength of the swirling flow of the intake air flowing into the sub-combustion chamber can be properly adjusted and set in the collective passage portion. Further, the passage area of each of the branch passage portions can be reduced, and the gas partially burned in the sub-combustion chamber as a result of a pressure increase due to combustion results in the sub-combustion chamber passing through the individual branch passage portion through the individual branch passage portion. The gas such as the flame, the unburned air-fuel mixture, etc., which is jetted at a high outflow velocity to the main combustion chamber, is mixed on the intake swirl present in the main combustion chamber, and the combustion can be completed in a short time. The thermal efficiency is improved by suppressing the generation of smoke and the like.
【００１７】この副室式エンジンにおいて、前記副燃焼
室がシリンダ中央に位置し、前記連絡孔の前記分岐通路
部がシリンダ中心から離れた周方向に前記主燃焼室に開
口しているので、前記主燃焼室では前記分岐通路部から
の噴流の到達距離が短く、燃焼時間が短くなってエンジ
ン性能が向上する。また、前記副燃焼室からの噴流の到
達距離が短くて済むため、前記分岐通路部を複数形成し
てトータルの通路面積を大きく形成でき、しぼり損失を
低減でき効率を向上できる。In this sub-chamber engine, the sub-combustion chamber is located at the center of the cylinder, and the branch passage portion of the communication hole is open to the main combustion chamber in a circumferential direction away from the center of the cylinder. In the main combustion chamber, the reach of the jet from the branch passage is short, the combustion time is short, and the engine performance is improved. In addition, since the reach of the jet from the sub-combustion chamber can be short, a plurality of branch passages can be formed to increase the total passage area, thereby reducing squeezing loss and improving efficiency.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明による
副室式エンジンの一実施例を示す断面図、及び図２は図
１の副室式エンジンにおけるピストン頂面を示す平面図
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a sub-chamber engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber engine according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a piston top surface in the sub-chamber engine of FIG.
【００１９】この副室式エンジンは、シリンダブロック
６にガスケット１６を介在して固定されたシリンダヘッ
ド５を有し、シリンダブロック６にはエンジンの気筒数
に対応する孔部が形成され、孔部にはシリンダ３を形成
するシリンダライナ１３が嵌合されている。シリンダヘ
ッド５は、吸排気弁１７を配置した吸排気ポート１８が
形成されている。シリンダライナ１３に形成されるシリ
ンダ３には、ピストン８が往復運動するように組み込ま
れている。主燃焼室１は、シリンダヘッド下面１２とピ
ストン頂面１１との間のシリンダ３側に形成されてい
る。また、副燃焼室２は、ピストンヘッド部２０に形成
されたキャビティで構成されている。燃料噴射ノズル１
０は、シリンダヘッド５に配置され、副燃焼室２内に燃
料噴射するように、ピストン上死点近傍でピストンヘッ
ド部２０に形成された中央挿入孔９を突入し、その多噴
孔７を副燃焼室２内に開口できるように設定されてい
る。This sub-chamber engine has a cylinder head 5 fixed to a cylinder block 6 with a gasket 16 interposed therebetween. The cylinder block 6 has holes corresponding to the number of cylinders of the engine. Is fitted with a cylinder liner 13 forming the cylinder 3. The cylinder head 5 has an intake / exhaust port 18 in which an intake / exhaust valve 17 is arranged. The piston 8 is incorporated in the cylinder 3 formed in the cylinder liner 13 so as to reciprocate. The main combustion chamber 1 is formed on the cylinder 3 side between the cylinder head lower surface 12 and the piston top surface 11. Further, the sub-combustion chamber 2 is constituted by a cavity formed in the piston head section 20. Fuel injection nozzle 1
Reference numeral 0 denotes a central injection hole 9 formed in the piston head portion 20 near the piston top dead center so as to inject fuel into the sub-combustion chamber 2 so as to inject fuel into the sub-combustion chamber 2. It is set so that it can open into the sub-combustion chamber 2.
【００２０】この副室式エンジンにおいて、ピストン８
の中央上部には燃料噴射ノズル１０が上死点近傍で突入
する中央挿入孔９が形成され、連絡孔４は、中央挿入孔
９の回りの周方向に隔置して複数個（図２では４個）形
成され、副燃焼室２とピストン頂面１１との間で傾斜状
態に副燃焼室２の中心軸Ｏから偏心してピストン頂面１
１から副燃焼室２の中央方向に伸びている。そして、副
燃焼室２の中心軸Ｏとシリンダ中心軸Ｏとは一致するよ
うに設定されている。この副室式エンジンにおいて、特
に、連絡孔４は副燃焼室２に開口する集合した集合通路
部１９と、集合通路部１９に連通する主燃焼室１に開口
する複数（図２では５個）に分岐した分岐通路部１４か
ら構成されている。しかも、各分岐通路部１４は、シリ
ンダ中心軸Ｏからの偏心量即ち傾斜角度が異なる方向に
それぞれ伸びるように設定されている。In this sub-chamber engine, the piston 8
A central insertion hole 9 into which a fuel injection nozzle 10 protrudes near the top dead center is formed at the upper center, and a plurality of communication holes 4 are circumferentially spaced around the central insertion hole 9 (in FIG. 4) formed and eccentric from the central axis O of the sub-combustion chamber 2 in an inclined state between the sub-combustion chamber 2 and the piston top surface 11.
1 extends toward the center of the sub-combustion chamber 2. The central axis O of the sub-combustion chamber 2 and the cylinder central axis O are set to coincide. In this sub-chamber engine, in particular, the communication holes 4 are gathered into the sub-combustion chamber 2 and are gathered together, and a plurality (five in FIG. 2) are opened into the main combustion chamber 1 communicating with the gathering passage part 19. It is composed of a branch passage portion 14 which is branched into two. Moreover, each branch passage portion 14 is set so as to extend in a direction in which the amount of eccentricity, that is, the inclination angle from the cylinder center axis O is different.
【００２１】また、この副室式エンジンにおいて、連絡
孔４の集合通路部１９は、中央挿入孔９の回りの周方向
に隔置して副燃焼室２の中心軸Ｏから偏心即ちオフセッ
トした中央方向に傾斜してそれぞれ伸びているので、副
燃焼室２内に形成される旋回流の強さは、集合通路部１
９の副燃焼室２の中心軸Ｏからの偏心量と集合通路面積
で調整設定される。また、集合通路部１９と連通する主
燃焼室１側が複数に分岐した分岐通路部１４は、それぞ
れ周方向に隔置して開口するように傾斜角度即ち偏心量
が異なるように構成されているので、主燃焼室１内に形
成される旋回流の強さは、各分岐通路部１４のシリンダ
の中心軸Ｏからのそれぞれの偏心量と分岐通路面積で調
整設定される。更に、分岐通路部１４は、主燃焼室１側
へ噴出する火炎、未燃混合気等のガスが主燃焼室１に残
存する吸気スワールと同一方向に噴出する方向にそれぞ
れ傾斜していることが、主燃焼室１に残存する吸気スワ
ールを利用する上からも好ましいものである。In this sub-chamber engine, the collecting passage 19 of the communication hole 4 is eccentrically offset from the center axis O of the sub-combustion chamber 2 at a position circumferentially spaced around the central insertion hole 9. And the swirling flow formed in the sub-combustion chamber 2 depends on the collecting passage portion 1.
9 is adjusted and set by the amount of eccentricity of the auxiliary combustion chamber 2 from the central axis O and the area of the collective passage. Further, the branch passage portions 14 in which the side of the main combustion chamber 1 communicating with the collecting passage portion 19 is branched into a plurality of portions are configured so as to have different inclination angles, that is, different amounts of eccentricity, so as to be respectively opened in the circumferential direction. The strength of the swirl flow formed in the main combustion chamber 1 is adjusted and set by the amount of eccentricity of each branch passage portion 14 from the central axis O of the cylinder and the branch passage area. Further, the branch passage portion 14 may be inclined in a direction in which a gas such as a flame or an unburned mixture injected into the main combustion chamber 1 is injected in the same direction as the intake swirl remaining in the main combustion chamber 1. This is also preferable from the viewpoint of utilizing the intake swirl remaining in the main combustion chamber 1.
【００２２】更に、この副室式エンジンにおいて、多数
の連絡孔４が形成されるピストンヘッド部２０、特に、
連絡孔４の形成されている部分は、連絡孔４の集合通路
部１９と分岐通路部１４が高温に晒されることになるの
で、ＺｒＯ2 等の酸化物セラミックス、窒化ケイ素等の
非酸化物セラミックス、鉄−Ｎｉ−Ｃｏをベースにした
インコロイ等の超合金、或いはＴｉ及びＴｉ合金等の耐
熱性に富んだ高温高強度の材料で作製することが好まし
いものである。Further, in this sub-chamber engine, a piston head portion 20 in which a large number of communication holes 4 are formed, in particular,
In the portion where the communication hole 4 is formed, the collecting passage portion 19 and the branch passage portion 14 of the communication hole 4 are exposed to a high temperature, so that an oxide ceramic such as ZrO 2 or a non-oxide ceramic such as silicon nitride is used. It is preferable to use a superalloy such as Incoloy based on iron-Ni-Co, or a high-temperature and high-strength material rich in heat resistance such as Ti and Ti alloy.
【００２３】この副室式エンジンは、上記のように、副
燃焼室２には集合通路部１９が開口し、また、主燃焼室
１には分岐通路部１４が開口しているので、主燃焼室１
と副燃焼室２との旋回流を異なった強さに調整設定する
ことができ、主燃焼室１と副燃焼室２とで個々に旋回流
の強さの最適化を図ることができる。即ち、集合通路部
１９の副燃焼室２の中心軸Ｏからの偏心量と集合通路面
積を調整することによって、副燃焼室２に形成される旋
回流の強さを調整でき、副燃焼室２内に適正な渦流を生
成させることができる。また、分岐通路部１４のシリン
ダ中心軸Ｏからの偏心量と分岐通路面積を調整設定する
ことによって主燃焼室１に形成される旋回流の強さを調
整設定することができ、主燃焼室２内への火炎、未燃混
合気等のガスの噴出エネルギーを増強させることがで
き、主燃焼室１でのペネトレーションを増強して主燃焼
室１での空気利用率を向上させることができる。In this sub-chamber engine, as described above, the collective passage 19 is opened in the sub-combustion chamber 2 and the branch passage 14 is opened in the main combustion chamber 1, so that the main combustion is performed. Room 1
The swirl flow between the main combustion chamber 1 and the sub-combustion chamber 2 can be adjusted and set to different strengths, and the main combustion chamber 1 and the sub-combustion chamber 2 can individually optimize the strength of the swirl flow. That is, by adjusting the amount of eccentricity of the sub-combustion chamber 2 from the central axis O of the sub-combustion chamber 2 and the area of the sub-combustion chamber 2, the strength of the swirl flow formed in the sub-combustion chamber 2 can be adjusted. A proper vortex can be generated in the inside. Further, by adjusting and setting the amount of eccentricity of the branch passage portion 14 from the cylinder center axis O and the branch passage area, the strength of the swirl flow formed in the main combustion chamber 1 can be adjusted and set, and the main combustion chamber 2 can be adjusted. Injection energy of gas such as a flame or an unburned air-fuel mixture into the interior can be increased, and penetration in the main combustion chamber 1 can be enhanced to improve the air utilization rate in the main combustion chamber 1.
【００２４】この副室式エンジンでは、副燃焼室２での
旋回流の強さを調整して適正な渦流を生成し、燃料噴射
ノズル１０の多噴孔７から燃料を噴霧することによっ
て、噴霧燃料と副燃焼室２内の渦流との混合を均一化し
て着火燃焼させ、高当量比即ち燃料リッチで燃焼させ
て、ＮＯX の発生を低減させることができる。また、連
絡孔４を複数設けてトータルの連絡孔通路面積を大きく
して絞り損失を低減し、エンジン性能を向上させること
ができる。次いで、副燃焼室２内の火炎、未燃混合気等
のガスは、連絡孔４の集合通路部１９から分岐通路部１
４で分流され、分岐通路面積を小さく絞り込んむことで
主燃焼室１への噴出エネルギーを上昇させ、主燃焼室１
の周辺即ちシリンダ壁面まで短期に噴出させて噴流のペ
ネトレーションを強化し、該噴流を主燃焼室１に残存し
ている吸気スワールに乗せて混合を短期に行わせ、主燃
焼室１の新気と噴流との混合が促進して燃焼スピードを
短縮し、燃費を向上させ、熱効率を向上させ、ＨＣ、ス
モーク、ＮＯX 等の発生を低減することができる。In this sub-chamber engine, an appropriate swirl flow is generated by adjusting the strength of the swirling flow in the sub-combustion chamber 2, and the fuel is sprayed from the multi-injection holes 7 of the fuel injection nozzle 10. the mixing of the vortex of fuel and the secondary combustion chamber 2 made uniform is ignited combustion, by burning at a high equivalent ratio i.e. fuel-rich, it is possible to reduce generation of NO X. In addition, a plurality of communication holes 4 are provided to increase the total communication hole passage area, reduce throttle loss, and improve engine performance. Next, the gas such as the flame and the unburned air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 2 flows from the collecting passage 19 of the communication hole 4 to the branch passage 1
4, the branch passage area is narrowed down to increase the energy injected into the main combustion chamber 1, and the main combustion chamber 1
In the vicinity of the cylinder, that is, to the cylinder wall surface in a short time to enhance the penetration of the jet, and put the jet on the intake swirl remaining in the main combustion chamber 1 to perform the mixing in a short time, thereby mixing the fresh air in the main combustion chamber 1 with fresh air. mixing of the jet promotes shorten the combustion speed, improve fuel efficiency, to improve thermal efficiency, it is possible to reduce HC, smoke, the occurrence of NO X.
【００２５】しかも、連絡孔４の分岐通路部１４の分岐
通路面積をトータルとして大きくでき、絞り損失を低減
し、また、副燃焼室２からの噴流と主燃焼室１に存在す
る新気との混合を促進するため、連絡孔４の分岐通路部
１４をピストン頂面１１の所定の距離の周囲方向に形成
してシリンダ３の壁面への到達距離を短くして連絡孔４
の分岐通路部１４から噴出される噴流によって主燃焼室
１に存在する空気と良好に且つ短期間に混合を行わせる
ことができ、ＨＣ、スモーク、ＮＯX 等の発生を低減す
る。In addition, the branch passage area of the branch passage portion 14 of the communication hole 4 can be increased as a whole, reducing the throttle loss. In addition, the flow of the jet from the sub-combustion chamber 2 and the fresh air existing in the main combustion chamber 1 can be reduced. In order to promote the mixing, the branch passage portion 14 of the communication hole 4 is formed in a circumferential direction of a predetermined distance of the piston top surface 11 to shorten the reaching distance to the wall surface of the cylinder 3 so as to shorten the communication hole 4.
Can be mixed with the air present in the main combustion chamber 1 satisfactorily and in a short period of time by the jet flow spouted from the branch passage portion 14, and the generation of HC, smoke, NO X and the like is reduced.
【００２６】[0026]
【発明の効果】この発明による副室式エンジンは、上記
のように構成されており、次のような効果を有する。こ
の副室式エンジンは、ピストンの中央上部には燃料噴射
ノズルが上死点近傍で突入する中央挿入孔が形成され、
連絡孔が中央挿入孔の回りの周方向に隔置して複数個形
成され且つ副燃焼室とピストン頂面との間で副燃焼室の
中心軸から偏心した方向に伸び、しかも前記連絡孔が前
記副燃焼室に開口する集合した集合通路部と該集合通路
部に連通する主燃焼室に開口する複数に分岐した分岐通
路部から構成され、前記各分岐通路部がシリンダ中心軸
からの偏心量が異なる方向にそれぞれ伸びているので、
前記主燃焼室と前記副燃焼室とに形成される旋回流を異
なった強さに調整設定することができる。即ち、前記副
燃焼室にはオーバスワールにならない弱い適正な渦流を
形成させることができ、また、前記主燃焼室には強力な
噴出エネルギーを有するような強力な噴流を形成させ、
空気利用率を向上させ、燃焼スピードをアップさせるこ
とができる。The sub-chamber engine according to the present invention is configured as described above and has the following effects. In this sub-chamber engine, a central insertion hole into which the fuel injection nozzle protrudes near the top dead center is formed in the upper center of the piston,
A plurality of communication holes are formed circumferentially spaced around the central insertion hole and extend in a direction eccentric from the central axis of the sub-combustion chamber between the sub-combustion chamber and the top surface of the piston. A plurality of branch passages that open into the main combustion chamber that communicate with the gathering passage portion that opens into the sub-combustion chamber, and each branch passage portion is eccentric from a cylinder center axis. Extend in different directions,
The swirling flows formed in the main combustion chamber and the sub-combustion chamber can be adjusted and set to different strengths. That is, a weak appropriate vortex that does not become overswirl can be formed in the sub-combustion chamber, and a strong jet having strong ejection energy is formed in the main combustion chamber,
The air utilization can be improved and the combustion speed can be increased.
【００２７】即ち、圧縮行程で吸入空気を前記主燃焼室
から前記副燃焼室へ前記連絡孔の前記集合通路部を通じ
て流入させて旋回流を比較的に弱く生成させ、燃料噴射
ノズルからの燃料噴霧に対する渦流の強さが過大になる
のを避けることができ、空気と燃料との混合を均一化し
て促進させ燃焼を良好にする。また、膨張行程で火炎、
未燃混合気等のガスを前記副燃焼室から前記主燃焼室へ
噴き出させる時に、前記連絡孔の前記分岐通路部の分岐
通路面積を小さくして且つ噴射方向を個々に異ならせて
噴流を調整設定し、前記主燃焼室の周辺領域への到達期
間を短縮して空気利用率を向上させ、前記主燃焼室に残
存する吸気スワールに乗せて新気との混合を促進させ、
燃焼スピードを短縮することができる。That is, in the compression stroke, the intake air flows from the main combustion chamber to the sub-combustion chamber through the collecting passage portion of the communication hole to generate a swirling flow relatively weakly, and the fuel spray from the fuel injection nozzle The strength of the vortex can be prevented from becoming excessive, and the mixing of air and fuel can be uniformed and promoted to improve combustion. Also, flames during the expansion stroke,
When injecting a gas such as an unburned air-fuel mixture from the sub-combustion chamber into the main combustion chamber, the branch passage area of the branch passage portion of the communication hole is reduced, and the injection direction is made different from each other to form a jet. Adjusting and setting, shortening the arrival time to the peripheral area of the main combustion chamber to improve the air utilization rate, and promoting the mixing with fresh air on the intake swirl remaining in the main combustion chamber,
The burning speed can be reduced.
【００２８】また、この副室式エンジンでは、前記副燃
焼室で燃焼が良好に行われ、燃料リッチで燃焼させてＮ
ＯX の発生を抑制できる。また、前記副燃焼室から前記
主燃焼室への噴出エネルギーを絞って有効に増強するこ
とができ、前記副燃焼室から前記主燃焼室へ大きな噴出
エネルギーを与えることができるので、噴出時の速度を
増大させ、火炎のペネトレーションを増加させ、前記主
燃焼室での新気との混合を促進でき、前記主燃焼室内で
の燃焼スピードを促進して燃焼を短期に完結し、スモー
ク、ＨＣ、ＮＯX 等の発生を低減でき、熱効率を向上で
きる。Further, in this sub-chamber engine, the combustion is favorably performed in the sub-combustion chamber, and the combustion is performed in a fuel-rich manner to obtain N
The occurrence of O X can be suppressed. Further, the ejection energy from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber can be reduced and effectively enhanced, and a large ejection energy can be given from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber. To increase the penetration of the flame, promote the mixing with fresh air in the main combustion chamber, promote the combustion speed in the main combustion chamber, complete the combustion in a short time, smoke, HC, NO Generation of X and the like can be reduced, and thermal efficiency can be improved.
【００２９】また、前記副燃焼室が前記ピストン即ち前
記シリンダの中央に位置し、前記主燃焼室における前記
連絡孔からの噴流の到達距離が短く、燃焼時間が短くな
って性能が向上する。また、前記副燃焼室からの噴流の
到達距離が短くて済むため、前記連絡孔の通路面積を大
きく形成でき、しぼり損失を低減でき効率を向上でき
る。また、前記主燃焼室と前記副燃焼室との通路面積を
前記副燃焼室の外周囲に形成した多数の前記連絡孔の前
記分岐通路部の合計で全体として大きく形成でき、しぼ
り損失を低減できる。Further, the sub-combustion chamber is located at the center of the piston, that is, the cylinder, so that the distance of the jet from the communication hole in the main combustion chamber is short, and the combustion time is shortened to improve the performance. In addition, since the reaching distance of the jet from the sub-combustion chamber can be short, the passage area of the communication hole can be formed large, and the loss of squeezing can be reduced and the efficiency can be improved. In addition, the passage area between the main combustion chamber and the sub-combustion chamber can be formed as a whole to be large as a total of the branch passage portions of a large number of the communication holes formed on the outer periphery of the sub-combustion chamber. .
【図１】この発明による副室式エンジンの一実施例を示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber engine according to the present invention.
【図２】図１の副室式エンジンにおけるピストン頂面を
示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a piston top surface in the sub-chamber engine of FIG.
【図３】従来の副室式エンジンにおけるピストン頂面を
示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a piston top surface in a conventional sub-chamber engine.
１ 主燃焼室 ２ 副燃焼室 ３ シリンダ ４ 連絡孔 ５ シリンダヘッド ７ 多噴孔 ８ ピストン ９ 中央挿入孔 １０ 燃料噴射ノズル １１ ピストン頂面 １２ シリンダヘッド下面 １４ 分岐通路部 １９ 集合通路部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main combustion chamber 2 Sub combustion chamber 3 Cylinder 4 Communication hole 5 Cylinder head 7 Multiple injection holes 8 Piston 9 Center insertion hole 10 Fuel injection nozzle 11 Piston top surface 12 Cylinder head lower surface 14 Branch passage portion 19 Collecting passage portion
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−176621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−81218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−18126（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−317159（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−171025（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−77125（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−172120（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−160923（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-176621 (JP, A) JP-A-56-81218 (JP, A) JP-A-63-18126 (JP, A) 317159 (JP, A) JP-A-6-159059 (JP, A) JP-A-57-171025 (JP, A) JP-A-58-77125 (JP, U) JP-A-57-172120 (JP, U) 57-160923 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F02B 1/00-23/10
Claims (3)
トンに形成された副燃焼室、前記主燃焼室と前記副燃焼
室を連通する連絡孔及び前記副燃焼室内に燃料を噴霧す
る燃料噴射ノズルを有する副室式エンジンにおいて、前
記ピストンの中央上部には前記燃料噴射ノズルが上死点
近傍で突入する中央挿入孔が形成され、前記連絡孔は前
記中央挿入孔の回りに隔置して複数個形成され且つ前記
副燃焼室とピストン頂面の間で前記副燃焼室の中心軸か
ら偏心した方向に伸び、前記連絡孔は前記副燃焼室に開
口する集合通路部と該集合通路部に連通する前記主燃焼
室に開口する複数の分岐通路部から構成され、前記各分
岐通路部はシリンダ中心軸からの偏心量が異なる方向に
それぞれ伸びていることを特徴とする副室式エンジン。1. A main combustion chamber formed on a cylinder side, a sub-combustion chamber formed on a piston, a communication hole communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber, and fuel injection for spraying fuel into the sub-combustion chamber. In a sub-chamber engine having a nozzle, a central insertion hole into which the fuel injection nozzle protrudes near the top dead center is formed at the upper center of the piston, and the communication hole is spaced around the central insertion hole. A plurality of gas passages are formed and extend in a direction eccentric from the central axis of the sub-combustion chamber between the sub-combustion chamber and the top surface of the piston, and the communication hole is formed in a collecting passage portion opening to the sub-combustion chamber and the collecting passage portion A sub-chamber engine, comprising: a plurality of branch passages that open to the main combustion chamber that communicate with each other, wherein each of the branch passages extends in a direction having a different amount of eccentricity from a cylinder center axis.
さは前記集合通路部の前記副燃焼室の中心軸からの偏心
量と集合通路面積で調整設定でき、また、前記主燃焼室
内に形成される旋回流の強さは前記各分岐通路部の前記
シリンダの中心軸からのそれぞれの偏心量と分岐通路面
積で調整設定できることを特徴とする請求項１に記載の
副室式エンジン。2. The strength of the swirl flow formed in the sub-combustion chamber can be adjusted and set by the amount of eccentricity of the collecting passage from the central axis of the sub-combustion chamber and the area of the collecting passage. 2. The sub-chamber engine according to claim 1, wherein the strength of the swirl flow formed in the sub-chamber can be adjusted and set by the amount of eccentricity of each of the branch passage portions from the central axis of the cylinder and the branch passage area.
るガスが前記主燃焼室に残存する吸気スワールと同一方
向に噴出する方向に傾斜していることを特徴とする請求
項１に記載の副室式エンジン。3. The branch passage portion according to claim 1, wherein the branch passage portion is inclined in a direction in which gas ejected into the main combustion chamber is ejected in the same direction as intake swirl remaining in the main combustion chamber. Sub-chamber engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12306793A JP3163841B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Subchamber engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12306793A JP3163841B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Subchamber engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317158A JPH06317158A (en) | 1994-11-15 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12306793A Expired - Fee Related JP3163841B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Subchamber engine |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3163841B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202004019745U1 (en) * | 2004-12-22 | 2005-02-24 | Strahmann, Lüder, Dipl.-Kfm. | Vortexing device for improving fluids |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12306793A patent/JP3163841B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06317158A (en) | 1994-11-15 |
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