JP3324178B2 - Subchamber engine - Google Patents
Subchamber engineInfo
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- JP3324178B2 JP3324178B2 JP04617593A JP4617593A JP3324178B2 JP 3324178 B2 JP3324178 B2 JP 3324178B2 JP 04617593 A JP04617593 A JP 04617593A JP 4617593 A JP4617593 A JP 4617593A JP 3324178 B2 JP3324178 B2 JP 3324178B2
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- sub
- chamber
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は，主燃焼室，該主
燃焼室に連絡口で連通した副燃焼室及び副燃焼室に燃料
を噴射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 connected to the main combustion chamber at a communication port, and a fuel injection nozzle for injecting 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
渦流室を持つ渦流室式エンジンが開発されている。この
ような渦流室式エンジンは，シリンダヘッドに形成した
渦流室，該渦流室とシリンダ側に形成した主室とを連通
する連絡口及び渦流室内に配置した燃料噴射ノズルを有
しており，連絡口を通じて渦流室に流入する渦流によっ
て渦流室内に噴射された燃料とで混合気を形成させてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, a swirl chamber type engine having a swirl chamber has been developed for the purpose of improving the combustion of the engine. Such a swirl chamber type engine has a swirl chamber formed in a cylinder head, a communication port for communicating the swirl chamber with a main chamber formed on the cylinder side, and a fuel injection nozzle arranged in the swirl chamber. The air-fuel mixture is formed with the fuel injected into the swirl chamber by the swirl flowing into the swirl chamber through the mouth.
【０００３】また，実開昭５２−１３２０４号公報には
副燃焼室の構造が開示されたものがある。該副燃焼室の
構造は，副燃焼室の口金の主噴孔にピストン頂部に取り
付け突棒が上死点付近で挿入されるものであり，前記突
棒が最上位にあるときの突棒頂面よりも上方位置にある
主噴孔を含む副燃焼室から口金を貫通して主燃焼室に開
口する複数の副噴孔を設けたものである。Further, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 52-13204 discloses a structure of a sub-combustion chamber. The structure of the sub-combustion chamber is such that a protruding rod attached to the top of the piston is inserted into the main injection hole of the mouthpiece of the sub-combustion chamber near the top dead center, and the protruding rod is located at the highest position. A plurality of sub-injection holes are provided that penetrate the base from the sub-combustion chamber including the main injection hole located above the surface and open to the main combustion chamber.
【０００４】また，従来ディーゼルエンジンの一例とし
て，実開昭５４−５３１０４号公報に開示されたものが
ある。該ディーゼルエンジンは，シリンダヘッドからシ
リンダ内に突設され，同シリンダ内を２室に仕切るとと
もに，ピストン頂部に形成されたキャビティ内に嵌脱自
在な囲壁，上記２室のうち上記囲壁内に形成された一方
の室に臨ませた燃料噴射ノズル，上記２室を連通すると
ともに機関の圧縮行程中に上記一方の室内にスワールを
発生させるよう上記囲壁に穿設された連通孔を有するも
のである。An example of a conventional diesel engine is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 54-53104. The diesel engine protrudes from the cylinder head into the cylinder, partitions the interior of the cylinder into two chambers, and can be fitted into and removed from a cavity formed at the top of the piston. A fuel injection nozzle facing one of the chambers, and a communication hole formed in the enclosure so as to generate a swirl in the one chamber during a compression stroke of the engine while communicating with the two chambers. .
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで，直噴式ディ
ーゼルエンジンは，副室式ディーゼルエンジンに比べて
熱効率に優れているため，多くのトラック，バス等の自
動車に使用されているが，ＮＯX の生成量が多くなると
いう欠点を有している。一方，副室式ディーゼルエンジ
ンは，直噴式ディーゼルエンジンに比べて熱効率は劣る
が，ＮＯX の生成量が少なくなるという長所を有してい
る。副室式エンジンが直噴式エンジンに比較して，熱効
率が劣るという最大の要因は，次のようなことに起因す
ると考えられる。即ち，（１）副室で一次燃焼した後，
火炎が主室と副室とを連通する連絡口を通って噴出して
二次燃焼をし，そのため，燃焼時間が長くなること，
（２）主室と副室とを連通する連絡口のしぼり損失が発
生すること，（３）副室内での空気流動が大きいため，
放熱損失が大きいこと等である。[SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, direct-injection diesel engine is excellent in thermal efficiency compared to Fukushitsushiki diesel engines, many tracks have been used in an automobile such as a bus, of the NO X There is a disadvantage that the amount of production is large. On the other hand, Fukushitsushiki diesel engines, the thermal efficiency is inferior to the direct-injection diesel engine, has the advantage that the amount of the NO X is reduced. The biggest factor that the sub-chamber type engine is inferior in thermal efficiency to the direct injection type engine is considered to be the following. That is, (1) after the primary combustion in the sub chamber,
The flame is blown out through the communication port connecting the main chamber and the sub-chamber to perform secondary combustion, thereby prolonging the combustion time,
(2) The squeezing loss occurs at the communication port that connects the main room and the sub room, and (3) the air flow in the sub room is large,
The heat loss is large.
【０００６】一般に，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
となる副室連絡口を通ることにより，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副室連絡口の絞り効果により，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副室連絡口の絞りにより形成
されているため，連絡口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。In general, a sub-chamber type engine is of a swirl chamber type, has a sub-chamber volume ratio of 52 to 58%, a sub-chamber communication hole area ratio of about 1.2 to 1.6%, and has a single injection nozzle. To optimize combustion. In the mixing of the fuel spray and air in the subchamber combustion chamber, the air compressed in the compression stroke passes through the subchamber communication port, which is a throttle, so that the flow velocity of the air is increased, and this becomes the air-fuel mixture generation energy. It is believed to promote mixing with It is also considered that during the expansion stroke, the combustion gas in the sub-chamber and the throttling effect of the sub-chamber communication port becomes the energy of the combustion gas ejected from the sub-chamber to the main chamber, thereby promoting combustion in the main chamber. In such a sub-chamber engine, the energy of the fuel-air mixture and the emission energy, which are important for combustion, are formed by the restriction of the sub-chamber communication port, so that the passage area of the communication port cannot be increased. Since the loss is large and the mixture is generated by violent air flow, the heat 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口を副室
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。また，
傾斜した副連絡孔を有する副室の場合には，主室内の吸
気流入スワールの影響を考慮しない条件では，流入時と
着火後の噴出時の通過する空気の速度が同じであり，噴
出エネルギーを高めるために連絡口の口径を絞った場
合，同時に副室内で発生する空気流動即ちスワールも強
くなる。Further, by providing a communication port for communicating the main chamber with the sub-chamber at an angle in the tangential direction of the wall of the sub-chamber, the air flow in the sub-chamber is activated, and after the ignition, the flame to the main chamber is increased. Since the blast energy is not attenuated and 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 also improved. Also,
In the case of a sub-chamber with a sloping sub-communication hole, the velocity of the passing air at the time of inflow and at the time of ejection after ignition is the same under conditions that do not take into account the effect of the swirl of intake air in the main room, and the ejection energy is reduced. When the diameter of the communication port is reduced in order to increase the height, the air flow, that is, the swirl generated in the sub-chamber also increases.
【０００８】ところが，副室に流入するときの空気流動
が強すぎる場合には，次のような悪影響が発生する。即
ち，まず，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加と，副室内の
燃焼の悪化は，背反する関係になり，副連絡孔の径は両
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, first, a swirl flow generated in the sub-chamber in a state of over-swirl, emissions of the NO X will increase. In addition, as the speed of air flow in the sub-chamber increases, the thermal conductivity of the sub-chamber wall surface increases, and the output decreases due to the increase in heat radiation from the wall surface. Furthermore, since the speed of the air flow in the sub-chamber increases, the temperature of the wall surface of the sub-chamber increases, so that the compression temperature increases, the ignition delay time is shortened, and the combustion deteriorates. From the above, the increase in penetration of the flame escaping from the sub-chamber to the main chamber and the deterioration of combustion in the sub-chamber are in conflicting relation, and the diameter of the sub-communication hole is a dimension that balances the two. I can't remove it.
【０００９】また，エンジンを副室式燃焼室に構成した
場合に，副室式燃焼室の燃焼スピードを直接噴射式燃焼
室の燃焼スピードと同程度まで速くするには，副室と主
室とを連通する連絡口の通路断面積を拡大することが必
要である。ところが，連絡口の通路断面積を大きくする
と，副室から主室へ流出する噴出スピードが低下し，主
室での燃焼が十分に行われない。When the combustion speed of the sub-chamber combustion chamber is increased to the same level as the combustion speed of the direct injection combustion chamber when the engine is constructed as a sub-chamber combustion chamber, It is necessary to enlarge the passage cross-sectional area of the communication port that communicates with the communication port. However, when the cross-sectional area of the passage at the communication port is increased, the speed at which the gas flows from the sub-chamber to the main chamber decreases, and the combustion in the main chamber is not sufficiently performed.
【００１０】また，渦流室式エンジンは，副室と主室と
を連通する連絡口が小さいので，該連絡口による絞り損
失が発生し，エンジン出力を低減する原因になる。ま
た，一般に，主室と副室とを連通する連絡口は，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。更に，連絡口は，絞られて
傾斜状態に形成されているので，吸気ポートを通じて流
入した吸入空気はシリンダ内でスワール流を形成してい
るが，該スワール流が連絡口を通じて副室に流入する時
に，副室内にそのスワール流のエネルギーを十分に活か
すことができない。Further, in the swirl chamber type engine, since the communication port for communicating the sub-chamber with the main chamber is small, a throttle loss due to the communication port occurs, which causes a reduction in engine output. In addition, since the communication port that connects the main chamber and the sub-chamber is generally provided at one of the central portion and the outer peripheral portion of the cylinder, the distance that the jet has to reach becomes longer, and the main port becomes longer. Insufficient mixing with air in the room, HC,
May cause smoke. Further, since the communication port is narrowed and formed in an inclined state, the intake air flowing through the intake port forms a swirl flow in the cylinder, and the swirl flow flows into the sub chamber through the communication port. Sometimes, the energy of the swirl flow cannot be fully utilized in the sub-chamber.
【００１１】この発明の目的は，上記の課題を解決する
ことであり，副燃焼室をシリンダヘッド又はピストンヘ
ッドに構成し，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口を周方向に複数設け，
副燃焼室内でのスワール流を抑制して適正化し，副燃焼
室から外部への熱放散を防止し，連絡口の絞り損失を低
減し，燃料リッチで燃焼させてＮＯX の発生を抑制し，
副燃焼室をシリンダ中央に配置し且つ副燃焼室から連絡
口を通じて主燃焼室へ噴出する噴流のシリンダ周辺まで
の到達距離を短くし，また，副燃焼室から主燃焼室への
噴流を副燃焼室内に形成されているスワール流と順流方
向に噴き出させ，主燃焼室に存在するスワール流を利用
して主燃焼室の新気との混合を促進し，燃焼期間を短縮
して性能を向上させ，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 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. The auxiliary combustion chamber is constituted by a cylinder head or a piston head, the main combustion chamber is formed on the cylinder side, and the main combustion chamber and the sub combustion chamber are separated from each other. Are provided in the circumferential direction to communicate with
Optimizing by suppressing a swirl flow in the auxiliary combustion chamber, to prevent heat dissipation from the auxiliary combustion chamber to the outside, to reduce the throttle loss of the communication port, is burned in the fuel-rich to suppress the generation of NO X,
The sub-combustion chamber is located at the center of the cylinder, shortens the distance from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber through the communication port, and reduces the distance from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber. Injects the swirl flow formed in the chamber in the forward direction, and uses the swirl flow existing in the main combustion chamber to promote mixing with fresh air in the main combustion chamber, shortening the combustion period and improving performance is is to provide smoke, HC, suppressing generation of NO X a pre-combustion chamber engine.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は，シリンダヘ
ッドに形成される副燃焼室，シリンダ側に形成される主
燃焼室，該主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連絡口
及び前記副燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを
有する副室式エンジンにおいて，前記燃料噴射ノズルは
前記副燃焼室の中央に配置され且つ前記副燃焼室の周壁
へ向かって燃料を噴射する多噴孔に形成され，前記連絡
口は前記副燃焼室中心から偏心した周方向に隔置して複
数形成され且つシリンダ軸に対して前記副燃焼室への流
入方向が前記主燃焼室のスワール流と逆方向に周方向斜
めに形成され且つ前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴
き出し方向が前記主燃焼室のスワール流に順流方向に形
成され，前記副燃焼室の中央部には，前記主燃焼室と前
記副燃焼室とを連通する中央連絡口が設けられているこ
とを特徴とする副室式エンジンに関する。更に，この副
室式エンジンは，前記シリンダ内を往復運動するピスト
ンのピストン頂面には，ピストン上死点近傍で前記中央
連絡口に突入できる突出部が形成されている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a sub-combustion chamber formed in a cylinder head, a main combustion chamber formed in a cylinder, a communication port for communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber, and In a sub-chamber engine having a fuel injection nozzle for injecting fuel into a sub-combustion chamber, the fuel injection nozzle is arranged at the center of the sub-combustion chamber and injects fuel toward a peripheral wall of the sub-combustion chamber. A plurality of the communication ports are formed in the circumferential direction eccentric from the center of the sub-combustion chamber, and the direction of inflow to the sub-combustion chamber with respect to the cylinder axis is opposite to the swirl flow of the main combustion chamber. And the direction of ejection from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber is formed in a forward flow direction to the swirl flow of the main combustion chamber, and the central portion of the sub-combustion chamber includes the main combustion chamber. Chamber and the auxiliary combustion chamber For the auxiliary chamber type engine, characterized in that the central connecting port to is provided. Further, in this sub-chamber engine, a protruding portion which can protrude into the central communication port near the piston top dead center is formed on the piston top surface of the piston reciprocating in the cylinder.
【００１３】また，この発明は，ピストンヘッドに形成
される副燃焼室，シリンダ側に形成される主燃焼室，該
主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する前記ピストンヘッ
ドに形成した連絡口及び前記副燃焼室内に燃料を噴射す
る燃料噴射ノズルを有する副室式エンジンにおいて，前
記燃料噴射ノズルはシリンダヘッドに配置され且つピス
トン上死点近傍で前記ピストンヘッドに形成した中央連
絡口に突入でき，前記連絡口は前記副燃焼室中心から偏
心した周方向に隔置して複数形成され且つシリンダ軸に
対して前記副燃焼室への流入方向が前記主燃焼室のスワ
ール流と逆方向に周方向斜めに形成され且つ前記副燃焼
室から前記主燃焼室への噴き出し方向が前記主燃焼室の
スワール流に順流方向に形成され，前記ピストンヘッド
には前記副燃焼室を構成するキャビティを形成され，前
記キャビティの上部の前記ピストンヘッドには前記連絡
口と前記中央連絡口を備えたセラミックス等から成る耐
熱材から作製したヘッドプレートが傾斜機能材料を介し
て取り付けられていることを特徴とする副室式エンジン
に関する。Further, the present invention provides a sub-combustion chamber formed in a piston head, a main combustion chamber formed in a cylinder side, and a communication port formed in the piston head for communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber. In a sub-chamber engine having a fuel injection nozzle for injecting fuel into the sub-combustion chamber, the fuel injection nozzle is disposed in a cylinder head and can protrude into a central communication port formed in the piston head near a piston top dead center. A plurality of the communication ports are formed so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction eccentric from the center of the sub-combustion chamber, and the direction of inflow to the sub-combustion chamber with respect to the cylinder axis is opposite to the swirl flow of the main combustion chamber. The sub-combustion chamber is formed obliquely and the direction of ejection from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber is formed in the direction of the swirl flow of the main combustion chamber in the forward direction. A cavity plate is formed, and a head plate made of a heat-resistant material made of ceramics or the like having the communication port and the central communication port is attached to the piston head above the cavity via a functionally gradient material. And a sub-chamber engine.
【００１４】この副室式エンジンは，上記のように構成
されているので，副燃焼室内でのスワール流は前記主燃
焼室内のスワール流と逆方向に発生し，副燃焼室からの
噴出流は順流方向になり，しかも，前記連絡口とシリン
ダ壁面との距離が短く，前記連絡口からの噴流の到達距
離が短く，燃焼スピードが早く，効率が向上する。ま
た，副燃焼室からの噴流の到達距離が短くて済むため，
前記連絡口を複数形成してそ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。更に，複
数の連絡口を設けることによって，１つの連絡口から噴
出する火炎，未燃混合気等の燃焼ガスが受け持つ主燃焼
室の範囲は狭くなり，新気との混合が促進され，燃焼ス
ピードが短くなる。Since the sub-chamber type engine is configured as described above, the swirl flow in the sub-combustion chamber is generated in the opposite direction to the swirl flow in the main combustion chamber, and the jet flow from the sub-combustion chamber is generated. The direction becomes the forward flow, and the distance between the communication port and the cylinder wall surface is short, the reach of the jet from the communication port is short, the combustion speed is fast, and the efficiency is improved. In addition, since the distance of the jet from the sub-combustion chamber can be short,
By forming a plurality of the communication ports, the passage area can be formed large, and the squeezing loss can be reduced and the efficiency can be improved. In addition, by providing a plurality of communication ports, the range of the main combustion chamber for the combustion gas, such as a flame and an unburned air-fuel mixture ejected from one communication port, is narrowed, and the mixing with fresh air is promoted, and the combustion speed is increased. Becomes shorter.
【００１５】即ち，この副室式エンジンは，副燃焼室か
ら連絡口を通じて吹き出す噴流が主燃焼室即ちシリンダ
内に存在するスワール流と順流であるため，主燃焼室に
形成されているスワール流のエネルギーを活かすことが
でき，主燃焼室内での燃焼火炎及び未燃混合気と新気と
の混合が促進され良好になる。この副室式エンジンで
は，吸気ポートからシリンダ内即ち主燃焼室に流入して
形成されるスワール流は，ピストン上昇によって最初は
副室部材中央の挿入孔から吸入空気は副燃焼室に流入す
るが，ピストンの突出部が挿入孔に突入してシリンダ内
の吸入空気が圧縮されると，その圧縮空気はＵターンし
て連絡口から最後の押し込みでベクトル流として副燃焼
室内に流入して副燃焼室内に逆方向のスワール流を形成
すると共に，連絡口のスワール流減衰手段でスワール流
は減衰される。そこで，燃料噴射ノズルの多噴孔からア
ルコール燃料，軽油等の液体燃料が副燃焼室内に噴射さ
れ，副燃焼室内で燃料リッチで燃焼し，ＮＯX の発生を
抑制する。That is, in this sub-chamber type engine, since the jet blown out from the sub-combustion chamber through the communication port is in a forward flow with the swirl flow existing in the main combustion chamber, that is, the cylinder, the swirl flow formed in the main combustion chamber is reduced. Energy can be utilized, and the combustion flame in the main combustion chamber and the mixing of the unburned mixture with fresh air are promoted and improved. In this sub-chamber engine, the swirl flow formed by flowing from the intake port into the cylinder, that is, into the main combustion chamber is such that the intake air first flows into the sub-combustion chamber from the insertion hole at the center of the sub-chamber member due to the rise of the piston. When the protruding part of the piston enters the insertion hole and the intake air in the cylinder is compressed, the compressed air makes a U-turn and flows into the sub-combustion chamber as a vector flow at the last push through the communication port, and the sub-combustion A swirl flow in the opposite direction is formed in the room, and the swirl flow is attenuated by the swirl flow attenuation means at the communication port. Therefore, alcohol fuel from the multi injection holes of the fuel injection nozzle, liquid fuel such as light oil is injected into the auxiliary combustion chamber, burning the fuel-rich in the auxiliary combustion chamber, suppress the generation of NO X.
【００１６】次いで，副燃焼室内で燃焼火炎は膨張して
連絡口を通じて主燃焼室へ噴出し，連絡口はシリンダ内
のスワール流に順流方向であるので，燃焼火炎と未燃混
合気とはシリンダ内の３割程度残っているスワール流を
有効に利用してそのスワール流に乗って吹き出され，燃
焼火炎と未燃混合気は主燃焼室内に存在する新気と混合
を促進して燃焼スピードをアップする。従って，主燃焼
室でのＨＣ，スモーク等の発生を抑制して燃焼を完結す
る。Next, the combustion flame expands in the sub-combustion chamber and blows out to the main combustion chamber through the communication port. Since the communication port flows in the direction of the swirl flow in the cylinder, the combustion flame and the unburned mixture are separated by the cylinder. The swirl flow remaining about 30% of the inside is effectively used and blown out on the swirl flow, and the combustion flame and the unburned mixture promote the mixing with fresh air existing in the main combustion chamber to reduce the combustion speed. Up. Therefore, generation of HC, smoke, and the like in the main combustion chamber is suppressed, and the combustion is completed.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】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。まず，図１
及び図２を参照して，この発明による副室式エンジンの
一実施例を説明する。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. First, Figure 1
An embodiment of the sub-chamber engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００１８】図１及び図２に示すように，この副室式エ
ンジンは，アルミニウム，アルミニウム合金，鋳鉄等の
金属材料から成るシリンダブロック６，シリンダブロッ
ク６にガスケット３２を介在して固定されたアルミニウ
ム合金等の金属材料から成るシリンダヘッド５を有して
いる。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１９が嵌合されている。また，シリンダヘ
ッド５には，各シリンダ３に対応して吸気ポート１３と
排気ポート１７が形成され，吸気ポート１３のバルブシ
ートには吸気弁１６が配置され，排気ポート１７のバル
ブシートには排気弁２６が配置されている。シリンダラ
イナ１９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１４とピストン頂面３７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はシリン
ダヘッド５側に形成されている。燃料噴射ノズル１０は
シリンダヘッド５に設けられて副燃焼室２内に燃料噴射
するように構成されている。As shown in FIG. 1 and FIG. 2, this sub-chamber type engine comprises an aluminum cylinder 6 and a cylinder block 6 made of a metal material such as aluminum, aluminum alloy, or cast iron. It has a cylinder head 5 made of a metal material such as an alloy. Holes corresponding to the number of cylinders of the engine are formed in the cylinder block 6, and a cylinder liner 19 forming the cylinder 3 is fitted in the hole. An intake port 13 and an exhaust port 17 are formed in the cylinder head 5 corresponding to each cylinder 3, an intake valve 16 is arranged in a valve seat of the intake port 13, and an exhaust valve is arranged in a valve seat of the exhaust port 17. A valve 26 is arranged. The piston 8 is incorporated in the cylinder 3 formed in the cylinder liner 19 so as to reciprocate. The main combustion chamber 1 is formed on the cylinder 3 side between the cylinder head lower surface 14 and the piston top surface 37. The sub-combustion chamber 2 is formed on the cylinder head 5 side. The fuel injection nozzle 10 is provided on the cylinder head 5 and is configured to inject fuel into the sub-combustion chamber 2.
【００１９】この副室式エンジンは，アルコール燃料，
軽油等の液体燃料を燃料噴射ノズル１０から副燃焼室２
内に噴射して燃焼させるディーゼルエンジンであり，特
に，シリンダヘッド５側に副燃焼室２及び複数（図２で
は，４個）の連絡口９を設け，連絡口９の形状を傾斜方
向に形成している。シリンダヘッド５に形成した副燃焼
室２の容積比については，圧縮端における全体燃焼室容
積に対する副燃焼室２の容積比は，例えば，約４０〜６
５％に設定されている。また，シリンダヘッド５に形成
された穴部２１には副室部材４が配置され，副室部材４
に副燃焼室２及び連絡口９が形成されている。連絡口９
は，副燃焼室２の中心から偏心した周方向に隔置して主
燃焼室１側の開口７から副燃焼室２側の開口１２へ傾斜
して副室部材４に形成されている。副室部材４の上部に
は多噴孔１１を備えた燃料噴射ノズル１０が貫通固定さ
れている。燃料噴射ノズル１０は，ピストン８の圧縮行
程上死点近傍で多噴孔１１から副燃焼室２内に燃料を噴
射できるものである。副室部材４は，耐熱性に富んだ窒
化ケイ素，炭化ケイ素等のセラミックス，セラミックウ
ィスカーと金属との複合材料，又はＮｉ−Ｃｒ系の耐熱
金属によって製作され，副燃焼室２は遮熱構造（図示せ
ず）に構成することができる。This sub-chamber engine uses alcohol fuel,
Liquid fuel such as light oil is supplied from the fuel injection nozzle 10 to the sub-combustion chamber 2.
A diesel engine that injects fuel into the cylinder and burns it. In particular, the auxiliary combustion chamber 2 and a plurality of (four in FIG. 2) communication ports 9 are provided on the cylinder head 5 side, and the shape of the communication port 9 is formed in an inclined direction. are doing. Regarding the volume ratio of the auxiliary combustion chamber 2 formed in the cylinder head 5, the volume ratio of the auxiliary combustion chamber 2 to the total combustion chamber volume at the compression end is, for example, about 40 to 6
It is set to 5%. The sub chamber member 4 is disposed in the hole 21 formed in the cylinder head 5, and the sub chamber member 4
The subcombustion chamber 2 and the communication port 9 are formed. Contact 9
Are formed in the sub-chamber member 4 so as to be inclined from the opening 7 on the main combustion chamber 1 side to the opening 12 on the sub-combustion chamber 2 side in a circumferential direction eccentric from the center of the sub-combustion chamber 2. A fuel injection nozzle 10 having multiple injection holes 11 is fixed through the upper portion of the sub-chamber member 4. The fuel injection nozzle 10 is capable of injecting fuel from the multiple injection holes 11 into the sub-combustion chamber 2 near the top dead center of the compression stroke of the piston 8. The sub-chamber member 4 is made of heat-resistant ceramics such as silicon nitride and silicon carbide, a composite material of ceramic whiskers and metal, or a Ni—Cr heat-resistant metal. (Not shown).
【００２０】更に，この副室式エンジンは，主燃焼室１
と副燃焼室２とを連通するため，副室部材４に副燃焼室
２の中心から離れた周囲即ち副燃焼室２の壁面近傍に周
方向に互いに隔置して複数個の連絡口９が形成されてい
る。連絡口９は，シリンダ軸に対して主燃焼室１側に形
成されるスワール流Ｓ（図２）の方向と逆方向に周方向
斜めに形成され，副燃焼室２から主燃焼室１への噴き出
し方向が主燃焼室１内のスワール流Ｓに順流になる方向
に形成されている。即ち，吸入空気が主燃焼室１の開口
７から連絡口９を通って副燃焼室２（開口１２）へ流入
することによって，吸気ポート１３から主燃焼室１に流
入して形成されるスワール流Ｓの方向に対して逆方向の
スワール流ＣＳが副燃焼室２内に形成され，次いで，噴
射燃料が燃焼して燃焼ガスが副燃焼室２から主燃焼室１
への噴き出される方向は主燃焼室１内即ちシリンダ３に
形成されているスワール流Ｓに順流になる方向となる。Further, this sub-chamber type engine has a main combustion chamber 1
A plurality of communication ports 9 are provided in the sub-chamber member 4 at the periphery of the sub-combustion chamber 2 around the center of the sub-combustion chamber 2, that is, near the wall surface of the sub-combustion chamber 2 in the circumferential direction. Is formed. The communication port 9 is formed obliquely in the circumferential direction in a direction opposite to the direction of the swirl flow S (FIG. 2) formed on the side of the main combustion chamber 1 with respect to the cylinder axis, and extends from the sub combustion chamber 2 to the main combustion chamber 1. The injection direction is formed so as to flow in the swirl flow S in the main combustion chamber 1 in a forward direction. That is, when the intake air flows from the opening 7 of the main combustion chamber 1 through the communication port 9 into the sub-combustion chamber 2 (opening 12), the swirl flow formed by flowing into the main combustion chamber 1 from the intake port 13 is formed. A swirl flow CS in a direction opposite to the direction of S is formed in the sub-combustion chamber 2, and then the injected fuel is burned and the combustion gas is discharged from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber 1.
The direction in which the swirl flow is discharged is the direction in which the swirl flow S formed in the main combustion chamber 1, that is, the cylinder 3, flows forward.
【００２１】この副室式エンジンは，燃焼室の一部を副
燃焼室２に構成することによって，副燃焼室２で初期燃
焼即ち一次燃焼を高当量比即ち燃料リッチで行わせ，Ｎ
ＯXの発生を低減することができ，しかも主燃焼室１か
ら副燃焼室２へ流入するスワール流は減衰させられるの
で，副燃焼室２からシリンダヘッド５への熱放散を低減
でき，連絡口９を複数設けて連絡口通路面積を大きくし
て絞り損失を低減し，熱効率を向上できる。また，副燃
焼室２から主燃焼室１への噴出エネルギーは連絡口９が
主燃焼室１の壁面までの距離が短く，周辺まで短期に噴
出し，噴流のペネトレーションが良好になり，主燃焼室
１の新気と噴流との混合が促進して二次燃焼即ち再燃焼
を行わせることができる。しかも，連絡口９の通路面積
をトータルとして大きくでき且つ主燃焼室１に存在する
新気と副燃焼室２からの噴流との混合を促進するため，
連絡口９を副室部材４の中央から隔置した周方向に形成
してシリンダ３の壁面への到達距離を短くして連絡口９
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，ＨＣ，スモーク，
ＮＯX 等の発生を低減する。In this sub-chamber engine, a part of the combustion chamber is formed as the sub-combustion chamber 2 so that the initial combustion, that is, the primary combustion is performed in the sub-combustion chamber 2 at a high equivalent ratio, that is, a fuel rich state.
O X of it is possible to reduce the occurrence, and since swirl flow flowing from the main combustion chamber 1 into the auxiliary combustion chamber 2 is attenuated, it can reduce heat dissipation from the auxiliary combustion chamber 2 into the cylinder head 5, communication ports 9 can be provided to increase the area of the passageway of the communication port, reduce the throttle loss, and improve the thermal efficiency. In addition, the energy from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber 1 is short in the distance from the communication port 9 to the wall surface of the main combustion chamber 1, and the energy is ejected to the periphery in a short period of time. The mixing of the fresh air and the jet stream is promoted, and secondary combustion, that is, reburning can be performed. Moreover, the passage area of the communication port 9 can be increased as a whole, and the mixing of fresh air existing in the main combustion chamber 1 and the jet from the sub combustion chamber 2 is promoted.
The communication port 9 is formed in the circumferential direction at a distance from the center of the sub-chamber member 4 to shorten the reach to the wall surface of the cylinder 3 to reduce the communication distance.
The mixture is mixed with air existing in the main combustion chamber 1 satisfactorily and in a short period of time by the jets jetted from the
Reducing the occurrence of NO X.
【００２２】この副室式エンジンは，副燃焼室２の上面
の中心軸上に多噴孔１１を備えた燃料噴射ノズル１０が
設置されているので，圧縮行程中に主燃焼室１から副燃
焼室２に流入する空気は，連絡口９の傾斜角度の効果に
より主燃焼室１の吸気スワール流Ｓとは逆方向のスワー
ル流ＣＳを生じ，副燃焼室２内での混合気生成を促進す
る。燃料噴射ノズル１０からの燃料噴射によって着火
し，爆発行程に移行し，副燃焼室２から主燃焼室１へと
火炎は噴出するが，連絡口９の持つ傾斜角度の効果によ
って主燃焼室１の半径方向に近いベクトルを持ち，主燃
焼室１内に残留している吸気スワール流Ｓと同一方向に
噴出し，主燃焼室１内の外周付近まで短期に火炎を到達
させる。主燃焼室１へ一気に噴出し，主燃焼室１内の新
気との混合を促進する。In this sub-chamber type engine, the fuel injection nozzle 10 having the multiple injection holes 11 is provided on the center axis of the upper surface of the sub-combustion chamber 2, so that the sub-combustion from the main combustion chamber 1 during the compression stroke. The air flowing into the chamber 2 generates a swirl flow CS in a direction opposite to the intake swirl flow S of the main combustion chamber 1 due to the effect of the inclination angle of the communication port 9, and promotes the generation of an air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 2. . The fuel is ignited by the fuel injection from the fuel injection nozzle 10 and shifts to the explosion stroke, and the flame is ejected from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber 1. It has a vector that is close to the radial direction, and blows out in the same direction as the intake swirl flow S remaining in the main combustion chamber 1, so that the flame reaches the vicinity of the outer periphery of the main combustion chamber 1 in a short time. It blows out to the main combustion chamber 1 at a stretch to promote mixing with fresh air in the main combustion chamber 1.
【００２３】この副室式エンジンは，連絡口９から斜め
に副燃焼室２に流入する空気によって副燃焼室２内に減
衰させたスワール流ＣＳを発生させ，燃料噴射ノズル１
０からの噴霧により，燃料を副燃焼室２内で短期間に混
合気を生成させて燃焼スピードをアップさせる。この
時，副燃焼室２内に形成されるスワール比は燃料噴射ノ
ズル１０の多噴孔１１の噴孔数等によって決定される
が，副燃焼室２内のスワール流が強すぎると，噴霧間で
の干渉が発生する現象が起こるが，連絡口９を上記のよ
うに構成することにより，上記現象は避けられる。ま
た，連絡口９を形成した副室部材４は，セラミックス，
耐熱合金等の耐熱性に優れる材料で作製されているの
で，連絡口９自体の開口７，１２をシャープな形状に形
成でき，エンジン性能を向上させることができる。ま
た，主燃焼室１の燃焼を考えた場合，主燃焼室１は副燃
焼室２からの火炎と混合気の噴出流により混合燃焼を行
なうが，この混合エネルギーは連絡口面積が小さい程大
きい。即ち，主燃焼室１の燃焼スピードを上げるには連
絡口面積は小さい程良い。主燃焼室１と副燃焼室２とを
連通する連絡口面積の最適値は，それぞれ異なることに
なる。This sub-chamber engine generates a swirl flow CS attenuated in the sub-combustion chamber 2 by air flowing obliquely from the communication port 9 into the sub-combustion chamber 2, and the fuel injection nozzle 1
By spraying from 0, fuel is mixed in the sub-combustion chamber 2 in a short period of time to increase the combustion speed. At this time, the swirl ratio formed in the sub-combustion chamber 2 is determined by the number of injection holes in the multi-injection holes 11 of the fuel injection nozzle 10, and the like. However, the above-described phenomenon can be avoided by configuring the communication port 9 as described above. The sub-chamber member 4 having the communication port 9 is made of ceramics,
Since it is made of a material having excellent heat resistance such as a heat-resistant alloy, the openings 7 and 12 of the communication port 9 itself can be formed in a sharp shape, and the engine performance can be improved. When the combustion in the main combustion chamber 1 is considered, the main combustion chamber 1 performs the mixed combustion by the flame from the sub-combustion chamber 2 and the jet flow of the air-fuel mixture, and the mixed energy is larger as the area of the communication port is smaller. That is, to increase the combustion speed of the main combustion chamber 1, the smaller the area of the communication port is, the better. The optimum value of the area of the communication port for communicating the main combustion chamber 1 and the sub-combustion chamber 2 will be different from each other.
【００２４】次に，図３及び図４を参照して，この発明
による副室式エンジンの別の実施例を説明する。この実
施例は，中央連絡口を備え且つピストンヘッドに突出部
を備えていること以外は，図１及び図２を参照して説明
した実施例と同一の構成を有しているものであるので，
同一の部品には同一の符号を付し，重複する説明を省略
する。Next, another embodiment of the sub-chamber engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment has the same configuration as the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 except that it has a central communication port and a protrusion on the piston head. ,
The same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００２５】この実施例は，副燃焼室２の中央部には，
主燃焼室１と副燃焼室２とを連通する中央連絡口１５が
設けられている。シリンダ３内を往復運動するピストン
８のピストン頂面３７には，ピストン上死点近傍で中央
連絡口１５に突入できる突出部１８が形成されている。
従って，ピストン上死点ＴＤＣ近傍でピストン８の突部
１８が中央連絡口１５を塞ぐ状態になる。ピストンの圧
縮行程で，吸入空気は主燃焼室１から連絡口９と中央連
絡口１５とを通じて副燃焼室２に流入するが，副燃焼室
２内へ流入する初期空気は連絡口９の傾斜通路と中央連
絡口１５のシリンダ軸方向の通路との合成ベクトルとな
るので，副燃焼室２内に形成されるスワール流は過度に
強くなることはなく，副燃焼室２での燃焼時に副燃焼室
２内の空気流動による放熱損失は抑制される。また，連
絡口９及び中央連絡口１５を形成した副室部材４は，セ
ラミックス，耐熱合金等の耐熱性に優れる材料で作製さ
れているので，連絡口９及び中央連絡口１５自体の開口
７，１２をシャープな形状に形成でき，エンジン性能を
向上させることができる。In this embodiment, the central portion of the sub-combustion chamber 2
A central communication port 15 for communicating the main combustion chamber 1 and the sub-combustion chamber 2 is provided. On the piston top surface 37 of the piston 8 reciprocating in the cylinder 3, a protruding portion 18 that can protrude into the central communication port 15 near the piston top dead center is formed.
Therefore, the projection 18 of the piston 8 closes the central communication port 15 near the piston top dead center TDC. In the compression stroke of the piston, the intake air flows from the main combustion chamber 1 through the communication port 9 and the central communication port 15 into the sub-combustion chamber 2, and the initial air flowing into the sub-combustion chamber 2 is supplied to the inclined passage of the communication port 9. Therefore, the swirl flow formed in the sub-combustion chamber 2 does not become excessively strong, so that the swirl flow formed in the sub-combustion chamber 2 does not become excessively strong. The heat dissipation loss due to the air flow in 2 is suppressed. Further, since the sub-chamber member 4 in which the communication port 9 and the central communication port 15 are formed is made of a material having excellent heat resistance, such as ceramics or a heat-resistant alloy, the openings 7 of the communication port 9 and the central communication port 15 themselves. 12 can be formed in a sharp shape, and the engine performance can be improved.
【００２６】また，中央連絡口１５が突部１８によって
圧縮行程端近傍から膨張行程開始近傍の間，所定時間だ
け閉鎖されることによって，副燃焼室２の燃焼ガスが中
央連絡口１５から噴き出されるのが阻止され，それによ
って燃焼ガスは周方向に設けた連絡口９から噴き出され
ることになるので，火炎，未燃ガス等の燃焼ガスの噴出
エネルギーが減衰することなく，燃焼ガスの噴出スピー
ドが速くなり，主燃焼室１即ちシリンダ３の壁面側へ到
達すると共に，主燃焼室１内での新気との混合が促進さ
れる。次いで，ピストン８の下降に従ってピストン８の
突部１８が中央連絡口１５から離れ，副燃焼室２は中央
連絡口１５を通じて主燃焼室１に開放され，副燃焼室２
内の噴流は中央連絡口１５を通じて主燃焼室１へ吹き出
され，絞り損失を低減できる。中央連絡口１５を通じて
主燃焼室１に噴出した燃焼火炎と未燃混合気は，主燃焼
室１の中央に存在する新気と短期に混合し，燃焼期間を
短縮して二次燃焼即ち再燃焼してＨＣ，スモーク等の発
生を低減できる。When the central communication port 15 is closed by the projection 18 for a predetermined time between the vicinity of the end of the compression stroke and the vicinity of the start of the expansion stroke, the combustion gas in the sub-combustion chamber 2 is blown out from the central communication port 15. As a result, the combustion gas is ejected from the communication port 9 provided in the circumferential direction, so that the ejection energy of the combustion gas such as flame and unburned gas is not attenuated, and the ejection of the combustion gas is prevented. The speed is increased to reach the main combustion chamber 1, that is, the wall surface side of the cylinder 3, and mixing with fresh air in the main combustion chamber 1 is promoted. Then, as the piston 8 descends, the projection 18 of the piston 8 separates from the central communication port 15, and the sub-combustion chamber 2 is opened to the main combustion chamber 1 through the central communication port 15, and the sub-combustion chamber 2 is opened.
The inner jet is blown out to the main combustion chamber 1 through the central communication port 15, so that the throttle loss can be reduced. The combustion flame and the unburned mixture injected into the main combustion chamber 1 through the central communication port 15 are mixed with fresh air existing in the center of the main combustion chamber 1 for a short period of time, and the combustion period is shortened to perform secondary combustion, that is, reburning. Thus, the generation of HC, smoke and the like can be reduced.
【００２７】次に，図５，図６及び図７又は図８を参照
して，この発明による副室式エンジンの更に別の実施例
を説明する。この実施例は，ピストンヘッドに副燃焼室
を形成した以外は，上記第１実施例と同一の構成を有し
ているものであるので，同一の部品には同一の符号を付
し，重複する説明を省略する。Next, a further embodiment of the sub-chamber engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a sub-combustion chamber is formed in a piston head. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and are duplicated. Description is omitted.
【００２８】この実施例は，シリンダ３内を往復運動す
るピストン８のピストンヘッド３８に形成される副燃焼
室２，シリンダ３側に形成される主燃焼室１，主燃焼室
１と副燃焼室２とを連通するピストンヘッド３８に形成
した連絡口９及び副燃焼室２内に燃料を噴射する燃料噴
射ノズル１０を有する。ピストンヘッド３８には，副燃
焼室２を構成するキャビティ２４が形成され，キャビテ
ィ２４の上部の大径の段付きキャビティ２５には連絡口
９と中央連絡口３５を備えたヘッドプレート２０が配置
されて取り付けられている。ヘッドプレート２０は，セ
ラミックス，耐熱金属等から成る耐熱材から作製されて
いる。燃料噴射ノズル１０はシリンダヘッド５に配置さ
れ且つピストン上死点近傍でピストンヘッド３８に形成
した中央連絡口３５に突入でき，多噴孔１１から副燃焼
室２内に燃料を噴射するように構成されている。また，
連絡口９は，副燃焼室２中心から偏心した周方向に隔置
して複数個形成され，シリンダ軸に対して副燃焼室２へ
の流入方向が主燃焼室１のスワール流Ｓと逆方向に周方
向斜めに傾斜して形成され，副燃焼室２内にはスワール
流Ｓとは逆方向のスワール流ＣＳが形成されるが，副燃
焼室２から主燃焼室１への噴き出し方向が主燃焼室１の
スワール流Ｓに順流方向になるように形成されている。In this embodiment, a sub combustion chamber 2 is formed in a piston head 38 of a piston 8 reciprocating in a cylinder 3, a main combustion chamber 1, a main combustion chamber 1 formed in a cylinder 3 side, and a sub combustion chamber. A fuel injection nozzle for injecting fuel into the sub-combustion chamber; A cavity 24 forming the sub-combustion chamber 2 is formed in the piston head 38, and a head plate 20 having a communication port 9 and a central communication port 35 is disposed in the large-diameter stepped cavity 25 above the cavity 24. Attached. The head plate 20 is made of a heat-resistant material made of ceramic, heat-resistant metal or the like. The fuel injection nozzle 10 is arranged in the cylinder head 5 and can protrude into a central communication port 35 formed in the piston head 38 near the top dead center of the piston, so as to inject fuel from the multiple injection holes 11 into the sub-combustion chamber 2. Have been. Also,
A plurality of communication ports 9 are formed at intervals in the circumferential direction eccentric from the center of the sub-combustion chamber 2, and the inflow direction into the sub-combustion chamber 2 with respect to the cylinder axis is opposite to the swirl flow S of the main combustion chamber 1. The swirl flow CS is formed in the sub-combustion chamber 2 in a direction opposite to the swirl flow S. However, the direction of injection from the sub-combustion chamber 2 to the main combustion chamber 1 is mainly The swirl flow S of the combustion chamber 1 is formed so as to be in a forward flow direction.
【００２９】この副室式エンジンは，ピストンヘッド３
８に形成したキャビティ２４にヘッドプレート２０を取
り付けるには，例えば，ピストンヘッド３８に対してヘ
ッドプレート２０を熱膨張係数の傾斜機能材料２３を用
いて塑性流動即ちメタルフローによって結合することが
できる。特に，傾斜機能材料２３は，図７又は図８に示
すように，例えば，３つの熱膨張係数の異なる部材２
８，２９，３０で構成されている。ピストンヘッド３８
がアルミニウム材料で作製され且つヘッドプレート２０
が窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）で作製されている場合に
は，アルミニウム材料の熱膨張係数は２０×１０- 6 ／
℃であり，Ｓｉ3 Ｎ4 の熱膨張係数は３．２×１０- 6
／℃であるので，傾斜機能材料２３としては，部材２８
の熱膨張係数が１５×１０- 6 ／℃であり，部材２９の
熱膨張係数が１０×１０- 6 ／℃であり，更に部材３０
の熱膨張係数が５×１０- 6 ／℃になるような熱膨張傾
斜機能を有する材料を使用する。This sub-chamber engine has a piston head 3
In order to mount the head plate 20 in the cavity 24 formed in FIG. 8, for example, the head plate 20 can be connected to the piston head 38 by plastic flow, that is, metal flow, using a functionally graded material 23 having a coefficient of thermal expansion. Particularly, as shown in FIG. 7 or FIG. 8, the functionally graded material 23 is, for example, a member 2 having three different thermal expansion coefficients.
8, 29, and 30. Piston head 38
Is made of aluminum material and the head plate 20
Is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), the coefficient of thermal expansion of the aluminum material is 20 × 10 −6 /
A ° C., the thermal expansion coefficient the Si 3 N 4 is 3.2 × 10 - 6
/ ° C., the functionally graded material 23
Has a coefficient of thermal expansion of 15 × 10 −6 / ° C., the member 29 has a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 −6 / ° C.
A material having a thermal expansion gradient function such that the thermal expansion coefficient of the material becomes 5 × 10 −6 / ° C. is used.
【００３０】ピストンヘッド３８にヘッドプレート２０
を取り付ける場合には，図７に示すように，高周波加熱
コイル２７によって傾斜機能材料２３を加熱して，傾斜
機能材料２３をヘッドプレート２０に形成した切り欠き
３１に塑性流動させて，図５に示すように傾斜機能材料
２３を変形してピストンヘッド３８にヘッドプレート２
０を固定することができる。又は，図８に示すように，
高周波加熱コイル２７によってピストンヘッド３８に設
けた突起３４を加熱して，突起３４を傾斜機能材料２３
に形成したテーパ面３９に塑性流動させて，図５に示す
ようにピストンヘッド３８の突起３４を変形してピスト
ンヘッド３８にヘッドプレート２０を固定することがで
きる。The head plate 20 is attached to the piston head 38.
In the case of mounting, as shown in FIG. 7, the functionally gradient material 23 is heated by the high-frequency heating coil 27, and the functionally gradient material 23 is plastically flowed into the notch 31 formed in the head plate 20, and FIG. As shown, the functionally graded material 23 is deformed so that the piston head 38 is attached to the head plate 2.
0 can be fixed. Or, as shown in FIG.
The projection 34 provided on the piston head 38 is heated by the high-frequency heating coil 27, and the projection 34 is
The head plate 20 can be fixed to the piston head 38 by deforming the projection 34 of the piston head 38 as shown in FIG.
【００３１】副燃焼室２はピストンヘッド３８側に形成
されているので，シリンダヘッド５には大きな吸気ポー
ト１３及び排気ポート１７を形成することができるの
で，上記各実施例の場合と異なり，シリンダヘッド５に
吸気ポート１３と排気ポート２６とは１つずつでよく，
シリンダヘッド５の構造をシンプルに構成できる。この
実施例では，連絡口９自体は上記各連絡口と同様である
ので，同様の作用を発揮でき，また，ヘッドプレート２
０には燃料噴射ノズル１０が突入する中央連絡口３５が
形成されているので，図３の中央連絡口１５と同様の作
用を発揮できる。また，連絡口９及び中央連絡口３５を
形成したヘッドプレート２０は，耐熱性に優れる材料で
作製されているので，連絡口９及び中央連絡口３５自体
の開口７，１２をシャープな形状に形成でき，エンジン
性能を向上させることができる。Since the auxiliary combustion chamber 2 is formed on the side of the piston head 38, a large intake port 13 and an exhaust port 17 can be formed in the cylinder head 5. The head 5 may have one intake port 13 and one exhaust port 26.
The structure of the cylinder head 5 can be simply configured. In this embodiment, since the communication port 9 itself is the same as each of the above-described communication ports, the same operation can be exerted.
Since the central communication port 35 into which the fuel injection nozzle 10 protrudes is formed at 0, the same operation as the central communication port 15 of FIG. 3 can be exhibited. Further, since the head plate 20 in which the communication port 9 and the central communication port 35 are formed is made of a material having excellent heat resistance, the openings 7 and 12 of the communication port 9 and the central communication port 35 themselves are formed in a sharp shape. And engine performance can be improved.
【００３２】[0032]
【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いるので，副燃焼室内ではスワール
流がオーバスワール状態になるのを防止され，前記副燃
焼室からシリンダヘッドへの熱放散を防止でき，燃料噴
射ノズルから噴射される噴霧間の干渉が生じることがな
く，燃料リッチで燃焼させてＮＯX の発生を抑制でき
る。また，この副室式エンジンは，前記連絡口を通って
前記副燃焼室から前記主燃焼室へ噴出エネルギーで噴き
出させ，前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴き出し方
向が前記主燃焼室内のスワール流に順流になる方向に形
成されているので，前記連絡口から噴き出した火炎，燃
焼ガスはシリンダ壁面まで短期に到達でき，前記主燃焼
室での新気との混合を促進でき，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。Since the sub-chamber engine according to the present invention is constructed as described above, the swirl flow is prevented from becoming over-swirl in the sub-combustion chamber, and the flow from the sub-combustion chamber to the cylinder head is prevented. prevents heat dissipation, without interference between spray injected from the fuel injection nozzle occurs, the generation of the NO X is burned in the fuel-rich can be suppressed. Further, the sub-chamber engine causes the sub-combustion chamber to blow out from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber through the communication port with the blowing energy, and the blow-out direction from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber is changed to the main combustion chamber. As the swirl flow is formed in a direction that is downstream of the swirl flow, the flame and combustion gas ejected from the connection port can reach the cylinder wall surface in a short period of time, and can promote the mixing with fresh air in the main combustion chamber. Is completed in a short time,
Smoke, HC, can reduce the occurrence of NO X, thereby improving the thermal efficiency.
【００３３】この副室式エンジンは，副室式燃焼室であ
るので，前記副燃焼室で燃料リッチで燃焼させてＮＯX
の発生を低減でき，しかも前記副燃焼室からシリンダヘ
ッドを通じて外部への熱放散を防止でき，熱効率を向上
させることができる。即ち，副燃焼室式エンジンの冷却
損失が高いのは，副燃焼室を設けることにより，表面積
が増大し，副燃焼室内の空気流動が大きく，熱伝達率が
高く，放熱量が大になるからである。そこで，副燃焼室
を遮熱構造に構成した場合には，放熱を防止することが
でき，熱効率を大幅に向上させることができる。[0033] The pre-combustion chamber engine are the precombustion chamber type combustion chamber, said in auxiliary combustion chamber is burned by the fuel-rich NO X
Can be reduced, and heat can be prevented from dissipating from the sub-combustion chamber to the outside through the cylinder head, thereby improving thermal efficiency. That is, the cooling loss of the sub-combustion chamber type engine is high because the provision of the sub-combustion chamber increases the surface area, increases the air flow in the sub-combustion chamber, increases the heat transfer coefficient, and increases the amount of heat radiation. It is. Therefore, when the sub-combustion chamber is configured as a heat shield structure, heat radiation can be prevented, and the thermal efficiency can be greatly improved.
【００３４】また，副燃焼室がシリンダヘッドの中央に
位置し，前記連絡口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，前記連絡口の
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
連絡口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。また，前記連絡口の傾斜方向を外向きに
傾斜させると，ピストン周辺への前記副燃焼室からの噴
流の到達距離が更に短くなり，ピストン周辺の新気との
混合を促進する。また，前記連絡口の傾斜方向は，吸気
ポートから前記主燃焼室に流入して形成されるスワール
流の方向に対して逆方向であり，前記副燃焼室から前記
主燃焼室への噴き出し方向が前記主燃焼室内のスワール
流に順流になる方向であるので，前記主燃焼室に形成さ
れているスワール流のエネルギーを活かすことができ，
前記主燃焼室内での燃焼火炎及び未燃混合気と新気との
混合が促進され良好になる。Further, the sub-combustion chamber is located at the center of the cylinder head, the reach of the jet from the communication port is short, the combustion time is shortened, and the performance is improved. In addition, since the reach of the jet from the sub-combustion chamber can be short, the passage area of the communication port can be made large, and the loss of squeezing can be reduced and the efficiency can be improved. Further, the passage area between the main combustion chamber and the sub-combustion chamber can be formed as a whole to be large in total of a large number of the communication ports formed on the outer periphery of the sub-combustion chamber, thereby reducing squeezing loss. Further, when the direction of inclination of the communication port is inclined outward, the reach of the jet from the sub-combustion chamber to the vicinity of the piston is further shortened, and the mixing with fresh air around the piston is promoted. The direction of inclination of the communication port is opposite to the direction of the swirl flow formed by flowing into the main combustion chamber from the intake port, and the direction of ejection from the sub combustion chamber to the main combustion chamber is changed. Since the flow is in the direction of becoming a forward flow to the swirl flow in the main combustion chamber, the energy of the swirl flow formed in the main combustion chamber can be utilized,
The combustion flame and the mixture of the unburned mixture and fresh air in the main combustion chamber are promoted and improved.
【００３５】従って，この副室式エンジンは，前記副燃
焼室での燃焼状態を燃料リッチで燃焼させ且つ直接噴射
式燃焼室と同等の燃焼スピードを確保でき，ＮＯX の発
生を抑制でき，また，前記副燃焼室をシリンダの中央部
に形成して前記副燃焼室の外周から噴出する火炎と混合
気とは，前記シリンダの全周即ち前記主燃焼室に存在す
る新気に対して距離が短くなるので，前記主燃焼室での
混合が促進され，燃焼スピードを速くして燃焼期間を短
縮でき，ＮＯX ，ＨＣ，スモークの発生を抑制できる燃
焼を行わせることができる。[0035] Therefore, the pre-combustion chamber engine, the combustion state in the auxiliary combustion chamber can be ensured and direct injection combustion chamber comparable combustion speed is combusted with the fuel-rich, it is possible to suppress the generation of NO X, also The sub-combustion chamber is formed at the center of the cylinder, and the flame and the air-fuel mixture ejected from the outer periphery of the sub-combustion chamber have a distance from the fresh air existing in the entire circumference of the cylinder, that is, the main combustion chamber. since shorter, the main mixing in the combustion chamber is promoted, and increase the combustion speed can reduce the combustion time, NO X, HC, it is possible to perform the combustion that can suppress the generation of smoke.
【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の副室式エンジンのシリンダヘッドの下面
図である。FIG. 2 is a bottom view of a cylinder head of the sub-chamber engine of FIG.
【図３】この発明による副室式エンジンの別の実施例を
示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the sub-chamber engine according to the present invention.
【図４】図３の副室式エンジンのシリンダヘッドの下面
図である。FIG. 4 is a bottom view of the cylinder head of the sub-chamber engine of FIG.
【図５】この発明による副室式エンジンの更に別の実施
例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing still another embodiment of the sub-chamber engine according to the present invention.
【図６】図５の副室式エンジンのシリンダヘッドの下面
図である。FIG. 6 is a bottom view of the cylinder head of the sub-chamber engine of FIG.
【図７】図５の副室式エンジンのピストンヘッドの一例
を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing an example of a piston head of the sub-chamber engine of FIG.
【図８】図５の副室式エンジンのピストンヘッドの別の
例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing another example of the piston head of the sub-chamber engine of FIG.
１ 主燃焼室 ２ 副燃焼室 ３ シリンダ ４ 副室部材 ５ シリンダヘッド ６ シリンダブロック ７ 主燃焼室側開口 ８ ピストン ９ 連絡口 １０ 燃料噴射ノズル １１ 多噴孔 １２ 副燃焼室側開口 １３ 吸気ポート １４ シリンダヘッド下面 １５，３５ 中央連絡口 １８ 突出部 ２０ ヘッドプレート ２１ 穴部 ２３ 傾斜機能材料 ２４，２５ キャビティ ３７ ピストン頂面 ３８ ピストンヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main combustion chamber 2 Sub combustion chamber 3 Cylinder 4 Sub chamber member 5 Cylinder head 6 Cylinder block 7 Main combustion chamber side opening 8 Piston 9 Communication port 10 Fuel injection nozzle 11 Multiple injection holes 12 Sub combustion chamber side opening 13 Intake port 14 cylinder Head lower surface 15, 35 Central communication port 18 Projection 20 Head plate 21 Hole 23 Functionally graded material 24, 25 Cavity 37 Piston top surface 38 Piston head
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−81218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−162926（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159059（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159060（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−65921（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−45025（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-56-81218 (JP, A) JP-A-63-162926 (JP, A) JP-A-6-159059 (JP, A) JP-A-6-15992 159060 (JP, A) JP-A 4-65921 (JP, U) JP-A 63-45025 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F02B 1/00-23 /Ten
Claims (3)
シリンダ側に形成される主燃焼室，該主燃焼室と前記副
燃焼室とを連通する連絡口及び前記副燃焼室内に燃料を
噴射する燃料噴射ノズルを有する副室式エンジンにおい
て，前記燃料噴射ノズルは前記副燃焼室の中央に配置さ
れ且つ前記副燃焼室の周壁へ向かって燃料を噴射する多
噴孔に形成され，前記連絡口は前記副燃焼室中心から偏
心した周方向に隔置して複数形成され且つシリンダ軸に
対して前記副燃焼室への流入方向が前記主燃焼室のスワ
ール流と逆方向に周方向斜めに形成され且つ前記副燃焼
室から前記主燃焼室への噴き出し方向が前記主燃焼室の
スワール流に順流方向に形成され，前記副燃焼室の中央
部には，前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する中央
連絡口が設けられていることを特徴とする副室式エンジ
ン。An auxiliary combustion chamber formed in a cylinder head;
In a sub-chamber engine having a main combustion chamber formed on a cylinder side, a communication port for communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber, and a fuel injection nozzle for injecting fuel into the sub-combustion chamber, Is formed at the center of the sub-combustion chamber and is formed in a multi-injection hole for injecting fuel toward the peripheral wall of the sub-combustion chamber, and the communication port is spaced apart from the center of the sub-combustion chamber in a circumferential direction. A plurality of inflow directions into the sub-combustion chamber with respect to the cylinder axis are formed obliquely in the circumferential direction in a direction opposite to the swirl flow of the main combustion chamber, and an ejection direction from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber is The swirl flow of the main combustion chamber is formed in the forward flow direction, and the center of the sub-combustion chamber is formed.
A central part communicating the main combustion chamber and the sub combustion chamber.
A sub-chamber engine having a communication port .
のピストン頂面には，ピストン上死点近傍で前記中央連
絡口に突入できる突出部が形成され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。The 2. A piston top surface of a piston reciprocating in the cylinder, according to claim 1, wherein a protrusion in the piston near the top dead center can rush to the central communication port is formed Sub-chamber engine.
シリンダ側に形成される主燃焼室，該主燃焼室と前記副
燃焼室とを連通する前記ピストンヘッドに形成した連絡
口及び前記副燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル
を有する副室式エンジンにおいて，前記燃料噴射ノズル
はシリンダヘッドに配置され且つピストン上死点近傍で
前記ピストンヘッドに形成した中央連絡口に突入でき，
前記連絡口は前記副燃焼室中心から偏心した周方向に隔
置して複数形成され且つシリンダ軸に対して前記副燃焼
室への流入方向が前記主燃焼室のスワール流と逆方向に
周方向斜めに形成され且つ前記副燃焼室から前記主燃焼
室への噴き出し方向が前記主燃焼室のスワール流に順流
方向に形成され，前記ピストンヘッドには前記副燃焼室
を構成するキャビティが形成され，前記キャビティの上
部の前記ピストンヘッドには前記連絡口と前記中央連絡
口を備えたセラミックス等から成る耐熱材から作製した
ヘッドプレートが傾斜機能材料を介して取り付けられて
いることを特徴とする副室式エンジン。3. A sub-combustion chamber formed in a piston head,
A sub-chamber engine having a main combustion chamber formed on the cylinder side, a communication port formed in the piston head communicating the main combustion chamber and the sub combustion chamber, and a fuel injection nozzle for injecting fuel into the sub combustion chamber. Wherein the fuel injection nozzle is disposed in the cylinder head and can protrude into a central communication port formed in the piston head near the top dead center of the piston;
A plurality of the communication ports are formed so as to be spaced apart from each other in a circumferential direction eccentric from the center of the sub-combustion chamber, and a direction of inflow into the sub-combustion chamber with respect to a cylinder axis is circumferentially opposite to a swirl flow of the main combustion chamber. The auxiliary combustion chamber is formed obliquely, and the direction of ejection from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber is formed in a forward flow direction with respect to the swirl flow of the main combustion chamber.
Is formed, and a cavity is formed above the cavity.
Part of the piston head is connected to the connection port and the center
Manufactured from heat-resistant material such as ceramics with a mouth
A sub-chamber engine, wherein the head plate is mounted via a functionally gradient material .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04617593A JP3324178B2 (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Subchamber engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04617593A JP3324178B2 (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Subchamber engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241049A JPH06241049A (en) | 1994-08-30 |
| JP3324178B2 true JP3324178B2 (en) | 2002-09-17 |
Family
ID=12739696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04617593A Expired - Fee Related JP3324178B2 (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Subchamber engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3324178B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5645028A (en) * | 1995-11-21 | 1997-07-08 | Isuzu Motors Limited | Piston structure with a combustion chamber |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP04617593A patent/JP3324178B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| JPH06241049A (en) | 1994-08-30 |
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