JP4183127B2 - Sub-chamber internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、副室式内燃機関に関する。   The present invention relates to a sub-chamber internal combustion engine.

副室式内燃機関では、深皿型トロイダル形状(断面「ω」字状)やバスタブ形状のキャビティーを有する主燃焼室に希薄混合気を供給し、その混合気の燃焼を促進させる。
そのために主燃焼室と連通する副燃焼室(副室)を設け、その副室に燃料濃度が比較的高い混合気を形成させて、急速燃焼させ、発生した高温の既燃ガスを主燃焼室内にノズルを介して火炎ジェットとして噴出させる構造を有している(例えば、特許文献1参照)。
In the sub-chamber internal combustion engine, a lean air-fuel mixture is supplied to a main combustion chamber having a deep dish-type toroidal shape (cross section “ω” shape) or a bathtub-shaped cavity, and combustion of the air-fuel mixture is promoted.
For this purpose, a sub-combustion chamber (sub-chamber) communicating with the main combustion chamber is provided, and an air-fuel mixture having a relatively high fuel concentration is formed in the sub-combustion chamber, which is rapidly burned. The nozzle has a structure in which it is ejected as a flame jet through a nozzle (see, for example, Patent Document 1).

しかし、上述したように、主燃焼室のキャビティーに火炎ジェットを衝突させる燃焼方式では、キャビティー内の乱れやスワールによって内部の主室希薄混合気が急速に燃焼して燃焼温度が上がり過ぎ、NOxを発生し易くなる。   However, as described above, in the combustion method in which the flame jet collides with the cavity of the main combustion chamber, the internal main chamber lean mixture rapidly burns due to turbulence and swirl in the cavity, and the combustion temperature rises too much, It becomes easy to generate NOx.

一方、主室キャビティーから外側のトップクリアランス部やクレビス部(シリンダの内壁とピストンの外周上方に形成される隙間)には、火炎ジェットや希薄混合気の火炎が伝播し難いため、希薄混合気が燃焼し難く、このような領域の希薄混合気は未燃燃料、未燃炭化水素(UHC)の主要な排出原因となっている。   On the other hand, since the flame of a flame jet or a lean mixture is difficult to propagate from the main chamber cavity to the top clearance part and clevis part (the gap formed on the inner wall of the cylinder and the outer periphery of the piston), the lean mixture However, the lean air-fuel mixture in such a region is a major cause of emission of unburned fuel and unburned hydrocarbons (UHC).

又、副室火炎ジェットがキャビティー中央に噴射されない噴孔の向きでは、副室真下にある主室キャビティー領域の火炎伝播が他の領域に比べて遅れるため、未燃燃料が発生し易いという問題を抱えている。   In addition, in the direction of the nozzle hole where the sub-chamber flame jet is not injected into the center of the cavity, the flame propagation in the main chamber cavity area directly below the sub-chamber is delayed compared to other areas, so unburned fuel is likely to be generated. I have a problem.

この様な問題に対処するべく、本出願人は、ピストン頂面を平面で構成した副室式内燃機関を提案した(特願2003−43023号)。
係る構成を有する副室式内燃機関は、主燃焼室の形状が均一の厚みの燃焼室形状となっているため、深皿型トロイダル形状(断面「ω」字状)或いはバスタブ形状をした主燃焼室の場合の様に、局所で一気に燃焼してしまうような偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、したがって均一で安定した燃焼が得られる。そして燃焼温度の高温化が回避されることでNOxの発生が抑制される。
In order to deal with such problems, the present applicant has proposed a sub-chamber internal combustion engine in which the piston top surface is a flat surface (Japanese Patent Application No. 2003-43023).
In the sub-chamber internal combustion engine having such a configuration, since the main combustion chamber has a uniform combustion chamber shape, the main combustion chamber has a deep dish type toroidal shape (cross section “ω” shape) or a bathtub shape. As in the case of the chamber, the local high temperature due to the biased combustion that burns locally at a stretch can be avoided, and thus uniform and stable combustion can be obtained. And generation | occurrence | production of NOx is suppressed by the high temperature of combustion temperature being avoided.

しかし、先願に係る技術では、火炎ジェット間の領域が燃え難く、いわゆる「バルククエンチ」(燃焼室やキャビティーの一部分が、混合気の塊として、燃えないでそのまま残ってしまうこと)によりUHCが発生する、という問題を有している。
特開平10−141064号公報
However, in the technology according to the prior application, the region between the flame jets is difficult to burn, and so-called “bulk quench” (a part of the combustion chamber or cavity remains as a mass of the air-fuel mixture without burning) Has a problem that occurs.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-14164

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ピストン頂面を平面で構成した副室式内燃機関と同程度の高い燃焼効率を維持しつつ、バルククエンチを低減して未燃炭化水素(UHC)の排出量を低減させることが出来る様な副室式内燃機関を提供することを目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and reduces bulk quenching while maintaining high combustion efficiency comparable to that of a sub-chamber internal combustion engine in which the piston top surface is a flat surface. An object of the present invention is to provide a sub-chamber internal combustion engine that can reduce the amount of unburned hydrocarbon (UHC) emissions.

本発明の副室式内燃機関は、ピストン(4)の頂面に放射状の凹型溝(4a)と該凹型溝(4a)以外の部分の凸部(4t)とを有し、該凹型溝(4a)の位置はシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)の位置と整合しており、前記凹型溝(4a)の深さは吸排気バルブ(Vi、Vo)及び副室(5)突き出し部と衝突しない様に設定され、前記凹型溝(4a)の幅はその長さ方向に沿って一定幅に形成されて、ピストン外周に開放されると共に、その底面(4b)は平面に形成され、前記凸部(4t)はその頂面は平面に形成されると共に、その側面は前記凹型溝(4a)の長手方向中心線と平行に形成されて平面形状が略三角形に形成され、前記凸部(4t)の周縁部の隅部でピストン外周部(4d)と接する位置は曲面(R1)で形成されている副室式内燃機関において、前記副室(5)突き出し部から噴射される火炎ジェット(J)が前記凹型溝(4a)に沿って半径方向外方へ噴射されることを特徴としている。   The sub-chamber internal combustion engine of the present invention has a radial concave groove (4a) on the top surface of the piston (4) and a convex portion (4t) other than the concave groove (4a). The position of 4a) is aligned with the position of the intake / exhaust valves (Vi, Vo) of the cylinder head (3), and the depth of the concave groove (4a) is determined by the intake / exhaust valves (Vi, Vo) and the sub chamber (5). ) The concave groove (4a) is set to have a constant width along its length direction and is opened to the outer periphery of the piston, and its bottom surface (4b) is flat. The convex portion (4t) is formed with a flat top surface, and its side surface is formed parallel to the longitudinal center line of the concave groove (4a) so that the planar shape is substantially triangular. The position of the peripheral edge of the convex part (4t) in contact with the piston outer peripheral part (4d) is a curved surface ( In the sub-chamber internal combustion engine formed in 1), the flame jet (J) ejected from the protruding portion of the sub-chamber (5) is ejected radially outward along the concave groove (4a). It is characterized by.

本発明において、前記凹型溝(4a)の底面(4b)は放射方向に沿って平坦であるのが好ましい(請求項2)。   In the present invention, the bottom surface (4b) of the concave groove (4a) is preferably flat along the radial direction (Claim 2).

本発明において、前記凹型溝(4a)の底面(4b)はピストン外周(4d)側が高くなるように傾斜をもって形成されているのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, the bottom surface (4b) of the concave groove (4a) is preferably formed with an inclination so that the piston outer periphery (4d) side becomes higher.

本発明において、前記凹型溝(4a)の底面(4b)はピストン外周側が高くなるように円弧状に形成されているのが好ましい(請求項4)。   In the present invention, the bottom surface (4b) of the concave groove (4a) is preferably formed in an arc shape so that the outer peripheral side of the piston becomes higher.

また本発明の副室式内燃機関は、ピストン(4)の頂面に放射状の凹型溝(4a)と該凹型溝(4a)以外の部分である略三角形の凸部(4t)とを有し、該凹型溝(4a)の位置はシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)の位置と整合しており、前記凹型溝(4a)の深さは吸排気バルブ(Vi、Vo)及び副室(5)突き出し部と衝突しない様に設定され、前記凹型溝(4a)の幅はその長さ方向に沿って一定幅に形成されて、ピストン外周に開放されると共に、その底面(4b)は平面に形成され、前記凸部(4t)はその頂面は平面に形成されると共に、その側面は前記凹型溝(4a)の長手方向中心線と平行に形成されて平面形状が略三角形に形成され、前記凸部(4t)の周縁部の隅部でピストン外周部(4d)と接する位置は曲面(R1)で形成されている副室式内燃機関において、前記副室(5)突き出し部から噴射される火炎ジェット(J)が前記凹型溝(4a)間の前記凸部(4t)の半径方向内方部分に衝突する方向へ噴射されることを特徴としている。
The sub-chamber internal combustion engine of the present invention has a radial concave groove (4a) on the top surface of the piston (4) and a substantially triangular convex portion (4t) which is a portion other than the concave groove (4a). The concave groove (4a) is aligned with the intake / exhaust valve (Vi, Vo) of the cylinder head (3), and the depth of the concave groove (4a) is the intake / exhaust valve (Vi, Vo). And the sub-chamber (5) is set so as not to collide with the protruding portion, and the concave groove (4a) is formed to have a constant width along its length direction, and is opened to the outer periphery of the piston, and the bottom surface ( 4b) is formed in a plane, and the convex portion (4t) has a top surface formed in a plane, and its side surface is formed in parallel with the longitudinal center line of the concave groove (4a), so that the planar shape is substantially the same. It is formed in a triangle, and at the corner of the peripheral edge of the convex part (4t), the piston outer peripheral part (4d) In the sub-chamber internal combustion engine formed by the curved surface (R1), the flame jet (J) injected from the protruding portion of the sub-chamber (5) is projected between the concave grooves (4a) (4t ) In the direction of colliding with the radially inner part.

上述した構成を具備する本発明(請求項1の副室式内燃機関)によれば、ピストン頂面の溝(4a)によりキャビティー(6)が構成されているので、ピストン頂面の全体の形状は、概略平坦面状である。そのため、深皿型トロイダル形状(断面「ω」字状)やバスタブ形状のキャビティーを有する従来のピストンとは異なり、偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、したがって均一で安定した燃焼が得られる。そして燃焼温度の高温化が回避されることでNOxの発生が抑制される。   According to the present invention having the above-described configuration (the sub-chamber internal combustion engine of claim 1), since the cavity (6) is constituted by the groove (4a) of the piston top surface, The shape is a substantially flat surface. Therefore, unlike conventional pistons that have a deep-plate toroidal shape (cross section “ω” shape) or a bathtub-shaped cavity, local high temperatures due to uneven combustion can be avoided, thus achieving uniform and stable combustion. It is done. And generation | occurrence | production of NOx is suppressed by the high temperature of combustion temperature being avoided.

また、本発明(請求項1の副室式内燃機関)によれば、トップクリアランス部(Ct)やクレビス部(7)に火炎ジェット(J)が到達し易くなるため、当該箇所における未燃炭化水素(UHC)の発生を抑制することが出来る。
これに加えて、バルククエンチの発生が抑制されて、未燃炭化水素(UHC)をさらに減少させることが出来る。
Further, according to the present invention (the sub-chamber internal combustion engine of claim 1), the flame jet (J) can easily reach the top clearance portion (Ct) and the clevis portion (7), so that unburned carbonization at the location is not possible. Generation of hydrogen (UHC) can be suppressed.
In addition to this, the occurrence of bulk quench can be suppressed, and unburned hydrocarbons (UHC) can be further reduced.

本発明では、前記溝の位置はシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)位置と整合しており、前記溝(4a)の深さは吸排気バルブ(Vi、Vo)及び副室突き出し部(5)と衝突しない様に設定されているので、ピストン頂部がシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)や副室突き出し部(5)と干渉しない。   In the present invention, the position of the groove is aligned with the position of the intake / exhaust valve (Vi, Vo) of the cylinder head (3), and the depth of the groove (4a) is the intake / exhaust valve (Vi, Vo) and the sub chamber. Since it is set so as not to collide with the protruding portion (5), the piston top does not interfere with the intake / exhaust valves (Vi, Vo) and the sub chamber protruding portion (5) of the cylinder head (3).

これに加えて、本発明において、副室突き出し部(5)から噴射される火炎ジェット(J)の数を、シリンダヘッド(3)に設けられた吸排気バルブ(Vi、Vo)の数以下とすれば(請求項4)、前記溝(4a)間の幅寸法を一定値以上に確保することが出来るので、吸排気バルブ(Vi、Vo)の数が増加しても、シリンダヘッド(3)の形状が複雑化せず、且つ、熱による破損する恐れも少なくなる。   In addition to this, in the present invention, the number of flame jets (J) injected from the sub chamber protruding portion (5) is less than or equal to the number of intake and exhaust valves (Vi, Vo) provided in the cylinder head (3). (Claim 4), since the width dimension between the grooves (4a) can be secured to a certain value or more, even if the number of intake and exhaust valves (Vi, Vo) increases, the cylinder head (3) The shape is not complicated, and the possibility of breakage due to heat is reduced.

本発明において、ピストン頂面の溝以外の部分(凸部4t)における周辺の隅部(凸部4tの頂面のコーナの稜線4kおよび溝4aとの隅部4m)を曲面で形成すれば(R加工を施せば)、当該隅部(4m)への熱集中を緩和して、部品の耐久性を向上することが出来る。
それに加えて、係るR加工(例えばR1)を施すことにより、ピストン外周部(4d)にジェットや伝播火炎が進入(Fr)し易くなる、という効果が得られる。
In the present invention, if the peripheral corners (the ridge line 4k of the corner of the top surface of the convex portion 4t and the corner 4m with the groove 4a) of the portion other than the groove (the convex portion 4t) on the piston top surface are formed as curved surfaces ( If R processing is performed), the heat concentration at the corner (4 m) can be alleviated and the durability of the component can be improved.
In addition, by performing such R processing (for example, R1), it is possible to obtain an effect that a jet or a propagation flame easily enters (Fr) into the piston outer peripheral portion (4d).

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
先ず、図1〜図6を参照して第1実施形態を説明する。
図1において、シリンダ1の上方にはガスケット2を介してシリンダヘッド3が公知の手段で図示しないシリンダブロックに固着されている。
そのシリンダ1内をピストン4が摺動自在に嵌装されている。当該エンジンは図示の例では1シリンダ当り2個の吸気バルブViと2個の排気バルブVoを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, a cylinder head 3 is fixed to a cylinder block (not shown) by a known means above a cylinder 1 via a gasket 2.
A piston 4 is slidably fitted in the cylinder 1. In the illustrated example, the engine has two intake valves Vi and two exhaust valves Vo per cylinder.

前記ピストン4の中心点(C)の上方には燃料を予め燃焼させる副室5aを有するホルダ5がシリンダヘッド3の下面よりも突出するようにシリンダヘッド3に装着されている。   Above the center point (C) of the piston 4, a holder 5 having a sub chamber 5 a for burning fuel in advance is mounted on the cylinder head 3 so as to protrude from the lower surface of the cylinder head 3.

前記ピストン4の頂部には、図2に示すように断面が凹型の4本の溝4a、4aが放射状(或いは2本の溝が十字状に交差するよう)に形成され、放射状の4本の凹型溝4aが主室のキャビティー(6)を構成している。
その放射状の4本の凹型溝4aの平面上(図2で表すような状態)の投影部分には少なくとも一方の隣側の溝4aには吸気バルブVi同士、及び排気バルブVo同士が位置するように配置されている。
As shown in FIG. 2, four grooves 4a, 4a having a concave section are formed radially (or two grooves intersecting in a cross shape) at the top of the piston 4, and the four radial grooves are formed. The concave groove 4a constitutes the cavity (6) of the main chamber.
In the projected portion on the plane of the four concave grooves 4a (in the state shown in FIG. 2), the intake valves Vi and the exhaust valves Vo are positioned in at least one adjacent groove 4a. Is arranged.

尚、溝4aの幅は、吸気バルブVi、排気バルブVoの何れの直径よりも広く、十字状に交差した溝4a、4aによって囲まれた凸部4tがバルブVi、Voの開閉時にバルブVi、Voと干渉しないように構成されている。   The width of the groove 4a is wider than any of the diameters of the intake valve Vi and the exhaust valve Vo, and the convex portion 4t surrounded by the grooves 4a and 4a intersecting in a cross shape is formed when the valves Vi and Vo are opened and closed. It is configured not to interfere with Vo.

図1をも参照して、前記ホルダ5の下端近傍には、図示の例ではホルダ5の円周を4等分するように4箇所に火炎ジェットを噴射するための噴孔5bが形成されており、火炎ジェットJの噴射方向が、前記ピストン4の頂部に形成された溝4aの長手方向の中心線に沿うように構成されている。尚、火炎ジェットJの軸線を含む立面図上(図1の状態)では、火炎ジェットJは緩やかな傾斜を持って溝4aの底部(凹型溝底面)4bに衝突する。火炎ジェットJの凹型溝4a上の衝突地点、即ちピストン中心点Cから衝突地点までの距離Lは、ピストンの半径をrとすればL>r/2を満足するように形成されている。   Referring also to FIG. 1, in the vicinity of the lower end of the holder 5, in the illustrated example, there are formed injection holes 5b for injecting flame jets at four locations so as to divide the circumference of the holder 5 into four equal parts. In addition, the jet direction of the flame jet J is configured to be along the center line in the longitudinal direction of the groove 4 a formed at the top of the piston 4. On the elevational view including the axis of the flame jet J (the state shown in FIG. 1), the flame jet J collides with the bottom (concave groove bottom) 4b of the groove 4a with a gentle inclination. The distance L from the collision point on the concave groove 4a of the flame jet J, that is, the piston center point C to the collision point is formed so as to satisfy L> r / 2 when the radius of the piston is r.

尚、図示の例では4バルブエンジンであるが、吸・排気バルブの数はそれ以上であってもよい。その場合、各バルブとも複数が好ましい。又、図示の例では当該の凹型溝4aは4本であるが、例えば吸・排気バルブの合計が6本以上となった場合は、吸・排気バルブの合計よりも少なくてもよい。即ち、溝の数を増加させた場合、火炎ジェットの噴出口近傍の位置では、凸部分が細くなり過ぎて、熱で溶融してしまう恐れがある。従って、火炎ジェットの本数を少なくして、火炎ジェット近傍の凸部分の幅寸法をある程度以上大きくして、熱で溶融しないように構成してやる必要があるためである。   In the illustrated example, a four-valve engine is used, but the number of intake / exhaust valves may be larger. In that case, each valve is preferably plural. In the illustrated example, the number of the concave grooves 4a is four. However, for example, when the total number of intake / exhaust valves is six or more, the number may be smaller than the total number of intake / exhaust valves. That is, when the number of grooves is increased, the convex portion becomes too thin at the position near the jet outlet of the flame jet and may be melted by heat. Therefore, it is necessary to reduce the number of flame jets and increase the width dimension of the convex portion in the vicinity of the flame jet to some extent so as not to be melted by heat.

前記火炎ジェットJの衝突地点下方には火炎ジェット衝突による熱集中を緩和するために、冷却用オイル流路(クーリングチャンネル)4fが形成されている。
尚、クーリングチャンネル4fを形成するに当り、ピストン外周部4dとクーリングチャンネル4fとの距離Lcを一定に保ちつつクーリングチャンネル4fを凹型溝底面4bに可及的に接近させることで、トップリング溝4aの冷却を保障するとともに、ピストン頂部の凸部4tのボリュームを可及的に減少させる。
A cooling oil passage (cooling channel) 4f is formed below the flame jet collision point in order to alleviate heat concentration caused by the flame jet collision.
In forming the cooling channel 4f, the top ring groove 4a is made as close as possible to the concave groove bottom surface 4b while keeping the distance Lc between the piston outer peripheral portion 4d and the cooling channel 4f constant. The volume of the convex part 4t at the top of the piston is reduced as much as possible.

前記ピストン頂部の凸部4tの周縁部における隅部4m(凸部4tの頂面のコーナの稜線4kおよび溝4aとの隅部4m)にはR加工が施されている。特に凹型溝4aとの隅部でピストン外周部4dと接する位置には大きなR加工(R1)が施されている。
係るR加工R1は、ピストン外周部4dにジェットや伝播火炎が進入(Fr)し易いように形成されている。
The corner 4m (the corner ridge 4k of the corner of the top surface of the convex 4t and the corner 4m with the groove 4a) at the peripheral edge of the convex 4t of the piston top is subjected to R machining. In particular, a large R process (R1) is applied to a position where the corner of the concave groove 4a is in contact with the piston outer peripheral portion 4d.
The R processing R1 is formed so that a jet or a propagation flame easily enters (Fr) into the piston outer peripheral portion 4d.

図1の例では、前記凹型溝底面4bの形状は、底面4bの全域が図3(図2と同じ形状)に示すように平坦であるが、凹型溝底面4bを前記ホルダ5との衝突が回避出来る範囲で可及的に狭くする必要がある。
一方、そうすることによって、トップリング溝4eと凹型溝底面4abとの距離が狭すぎてピストン冷却用のクーリングチャンネル4fを形成し難い場合がある。
そのような場合は、図4に示すように、凹型溝底面40bをピストン外周4d側が高くなるように傾斜を持って形成するか、或いは図5に示すように凹型溝底面45bをピストン外周部側が高くなるように円弧状に形成することも可能である。
In the example of FIG. 1, the shape of the concave groove bottom surface 4b is flat as shown in FIG. 3 (the same shape as FIG. 2), but the concave groove bottom surface 4b does not collide with the holder 5. It is necessary to make it as narrow as possible within the avoidable range.
On the other hand, by doing so, the distance between the top ring groove 4e and the concave groove bottom surface 4ab may be too small to form the cooling channel 4f for cooling the piston.
In such a case, as shown in FIG. 4, the concave groove bottom surface 40b is formed with an inclination so that the piston outer periphery 4d side becomes higher, or as shown in FIG. 5, the concave groove bottom surface 45b is formed on the piston outer periphery side. It is also possible to form it in an arc shape so as to be higher.

図6において、前記ピストン頂部の凸部4tとシリンダヘッド3の下面との間のトップクリアランスCtは可及的に狭く形成することが好ましい。
トップクリアランスCtを可及的に狭める事で、圧縮工程で圧縮されトップクリアランスCtに潜り込んだ吸気はトップクリアランスCtが狭いため流速を早めて(スッキシュ流Fsが大きくなった状態で)、中央、或いは凸部4t横の凹型溝部4aに逃れる際のタンブル流Ftも拡大される。
スキッシュFs及びタンブルFtの拡大はホルダ5から噴射される火炎ジェットJと吸気との混合を良好にする。
In FIG. 6, it is preferable that the top clearance Ct between the convex part 4t of the piston top part and the lower surface of the cylinder head 3 is formed as narrow as possible.
By narrowing the top clearance Ct as much as possible, the intake air that has been compressed in the compression process and has entered the top clearance Ct has a narrow top clearance Ct, so the flow velocity is increased (with the squish flow Fs increased), The tumble flow Ft when escaped to the concave groove 4a beside the convex 4t is also enlarged.
The enlargement of the squish Fs and the tumble Ft improves the mixing of the flame jet J injected from the holder 5 and the intake air.

図10は、第1実施形態を実施した場合の排気ガス中に含まれる未燃炭化水素「UHC」の割合を上死点に対する進角に対して計測した実験結果を示したグラフである。
比較対照(パラメータ)として、従来型の断面「ω」字状キャビティーを有するピストンと、頂面を平面で構成したピストンにおける同条件での実験結果を掲載した。
図10の実験結果によれば、第1実施形態を使用した場合「A線」は、従来型の断面「ω」字状キャビティーを有するピストン「C線」に対して未燃炭化物の排出は55%程度と極めて大きな成果を上げている。また、頂面を平面で構成したピストン「B線」に対しても減少しており、良好な結果となっている。
FIG. 10 is a graph showing experimental results obtained by measuring the ratio of unburned hydrocarbon “UHC” contained in the exhaust gas when the first embodiment is performed with respect to the advance angle with respect to the top dead center.
As a comparison (parameter), experimental results under the same conditions for a conventional piston having a “ω” -shaped cavity and a piston having a flat top surface are shown.
According to the experimental results of FIG. 10, when using the first embodiment, “line A” does not discharge unburned carbide with respect to the piston “line C” having a conventional section “ω” -shaped cavity. The result is extremely large at around 55%. Moreover, it has decreased also with respect to piston "B line" which comprised the top surface with the plane, and has become a favorable result.

上述した構成を具備する本発明の第1実施形態によれば、ピストン頂面の溝4aによりキャビティー6が構成されているので、ピストン頂面の全体の形状は、概略平坦面状である。そのため、深皿型トロイダル形状(断面「ω」字状)やバスタブ形状のキャビティーを有する従来のピストンとは異なり、偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、したがって均一で安定した燃焼が得られる。
そして燃焼温度の高温化が回避されることでNOxの発生が抑制される。
According to 1st Embodiment of this invention which comprises the structure mentioned above, since the cavity 6 is comprised by the groove | channel 4a of the piston top surface, the whole shape of a piston top surface is a substantially flat surface shape. Therefore, unlike conventional pistons that have a deep-plate toroidal shape (cross section “ω” shape) or a bathtub-shaped cavity, local high temperatures due to uneven combustion can be avoided, thus achieving uniform and stable combustion. It is done.
And generation | occurrence | production of NOx is suppressed by the high temperature of combustion temperature being avoided.

また、トップクリアランス部Ctやクレビス部7に火炎ジェットJが到達し易くなるため、当該箇所における未燃炭化水素(UHC)の発生を抑制することが出来る。   Moreover, since the flame jet J can easily reach the top clearance portion Ct and the clevis portion 7, the generation of unburned hydrocarbons (UHC) at the location can be suppressed.

これに加えて、バルククエンチの発生が抑制されて、未燃炭化水素(UHC)をさらに減少させることが出来る。   In addition to this, the occurrence of bulk quench can be suppressed, and unburned hydrocarbons (UHC) can be further reduced.

第1実施形態では、前記溝4aの位置はシリンダヘッドの吸排気バルブ位置と整合しており、前記溝4aの深さはホルダ5の先端と衝突しない様に設定されているので、ピストン頂部がシリンダヘッド3の吸排気バルブVi、Voやホルダ5の先端と干渉しない。   In the first embodiment, the position of the groove 4a is aligned with the intake / exhaust valve position of the cylinder head, and the depth of the groove 4a is set so as not to collide with the tip of the holder 5. It does not interfere with the intake / exhaust valves Vi and Vo of the cylinder head 3 and the tip of the holder 5.

これに加えて、本実施形態において、ホルダ5先端から噴射される火炎ジェットJの数を、シリンダヘッド3に設けられた吸排気バルブVi、Voの数以下とすれば、前記溝間4aの幅寸法を一定値以上に確保することが出来るので、吸排気バルブVi、Voの数が増加しても、シリンダヘッド3の形状が複雑化せず、且つ、熱による破損する恐れも少なくなる。   In addition to this, in this embodiment, if the number of flame jets J injected from the tip of the holder 5 is less than or equal to the number of intake and exhaust valves Vi and Vo provided on the cylinder head 3, the width of the groove 4a is increased. Since the dimension can be secured above a certain value, the shape of the cylinder head 3 does not become complicated and the possibility of breakage due to heat is reduced even if the number of intake and exhaust valves Vi and Vo increases.

次に図7〜図9を参照して、第2実施形態を説明する。
図1〜図6の第1実施形態では、ホルダ5から発射される火炎ジェットJの噴射方向が、前記ピストン4の頂部に形成された溝4aの長手方向の中心線に沿うように構成された実施形態であった。それに対して図7及び図8の第2実施形態では、ホルダ50の噴孔50bから発射される火炎ジェットJの噴射方向が、ピストン頂部に形成された前記凸部4tのピストン中心よりの先端部4cに向くようにホルダ50の噴孔50bが形成されている点が異なる。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment of FIGS. 1 to 6, the jet direction of the flame jet J emitted from the holder 5 is configured to be along the longitudinal center line of the groove 4 a formed at the top of the piston 4. It was an embodiment. On the other hand, in the second embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the injection direction of the flame jet J emitted from the injection hole 50b of the holder 50 is such that the protrusion 4t formed at the top of the piston is tip from the piston center. The difference is that the nozzle hole 50b of the holder 50 is formed so as to face 4c.

図7〜図9の第2実施形態は、ホルダ50から発射される火炎ジェットJの噴射方向が異なっている点を除けば、その他の構成は、実質的に図1〜図6の第1実施形態と同様である。   The second embodiment of FIGS. 7 to 9 is substantially the same as the first embodiment of FIGS. 1 to 6 except that the injection direction of the flame jet J emitted from the holder 50 is different. It is the same as the form.

第2実施形態は、図8に示すように、ホルダ50の噴孔50bから発射された火炎ジェットJはピストン4頂部に形成された前記凸部4tのピストン中心よりの先端部4tcに衝突した後、ジェットJの一部Jbは前記凹型溝4aの側壁4gに沿ってピストンの外周部4dに到達する。
そして、残るジェットJcは図9に示すように、一旦凸部4tに衝突した後、凸部4tの上面に乗り上げ凸部4tの上面をピストン外周4d方向に向かって進む。
尚、図1〜図6の第1実施形態同様、噴孔50bの数は凸部の数以下に減じることも出来る。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, after the flame jet J fired from the nozzle hole 50 b of the holder 50 collides with the tip 4 tc from the piston center of the convex portion 4 t formed at the top of the piston 4. A part Jb of the jet J reaches the outer peripheral part 4d of the piston along the side wall 4g of the concave groove 4a.
Then, as shown in FIG. 9, the remaining jet Jc once collides with the convex portion 4t, then rides on the upper surface of the convex portion 4t and proceeds on the upper surface of the convex portion 4t toward the piston outer periphery 4d.
1 to 6, the number of nozzle holes 50b can be reduced to the number of convex portions or less.

第2実施形態の場合、トップクリアランスCtは前記凸部4t上面を火炎ジェットJが流れやすいよう(凸部4t上面での燃焼が促進されるように)に第1実施形態より広く形成して、火炎ジェットが入り込み易いように構成している。
即ち、トップクリアランスCtが大きくなれば、確かにスキッシュFsは弱まるかもしれないが、トップクリアランスCtに火炎が回り込む効果が得られるので、燃焼室トータルで考えれば、火炎が良好且つ均一に伝播し、未燃部分が無くなり、燃焼効率が向上する効果が向上する。
In the case of the second embodiment, the top clearance Ct is formed wider than the first embodiment so that the flame jet J easily flows on the upper surface of the convex portion 4t (so that combustion on the upper surface of the convex portion 4t is promoted), It is configured so that the flame jet can easily enter.
That is, if the top clearance Ct is increased, the squish Fs may surely be weakened. However, since the effect of the flame wrapping around the top clearance Ct can be obtained, the flame propagates well and uniformly when considering the combustion chamber as a whole. The unburned portion is eliminated, and the effect of improving the combustion efficiency is improved.

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では、給排気バルブが2つずつ、合計4つのバルブを有する場合が示されているが、本発明はそれに限定されない。
The illustrated embodiment is merely an example, and is not intended to limit the technical scope of the present invention.
For example, in the illustrated embodiment, a case in which two supply / exhaust valves have a total of four valves is shown, but the present invention is not limited thereto.

本発明の第1実施形態の要部構成を説明する部分断面図。The fragmentary sectional view explaining the principal part composition of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態のピストン頂部を示した平面図。The top view which showed the piston top part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態のピストン頂部の断面の一例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows an example of the cross section of the piston top part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態のピストン頂部の断面の他の例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the other example of the cross section of the piston top part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態のピストン頂部の断面の別の例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows another example of the cross section of the piston top part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるスキッシュ(流)とタンブル(流)を説明する部分断面図。The fragmentary sectional view explaining the squish (flow) and the tumble (flow) in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態の要部構成を説明する部分断面図。The fragmentary sectional view explaining the principal part structure of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態のピストン頂部を示した平面図。The top view which showed the piston top part of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における火炎ジェットの軌跡を立体的に示した斜視図。The perspective view which showed the locus | trajectory of the flame jet in 2nd Embodiment of this invention in three dimensions. 本発明の効果を従来技術と比較して説明する測定結果のグラフ。The graph of the measurement result explaining the effect of this invention compared with a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・シリンダ
3・・・シリンダヘッド
4・・・ピストン
4a・・・溝/凹型溝
4d・・・外周部
4c・・・先端部
4f・・・クーリングチャンネル
4t・・・凸部
5、50・・・ホルダ
5a・・・副室
5b、50b・・・噴孔
Ct・・・トップクリアランス
Vi・・・吸気バルブ
Vo・・・排気バルブ
J・・・火炎ジェット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 3 ... Cylinder head 4 ... Piston 4a ... Groove / concave groove 4d ... Outer peripheral part 4c ... Tip part 4f ... Cooling channel 4t ... Convex part 5, 50 ... Holder 5a ... Sub chamber 5b, 50b ... Injection hole Ct ... Top clearance Vi ... Intake valve Vo ... Exhaust valve J ... Flame jet

Claims (5)

ピストン(4)の頂面に放射状の凹型溝(4a)と該凹型溝(4a)以外の部分の凸部(4t)とを有し、該凹型溝(4a)の位置はシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)の位置と整合しており、前記凹型溝(4a)の深さは吸排気バルブ(Vi、Vo)及び副室(5)突き出し部と衝突しない様に設定され、前記凹型溝(4a)の幅はその長さ方向に沿って一定幅に形成されて、ピストン外周に開放されると共に、その底面(4b)は平面に形成され、前記凸部(4t)はその頂面は平面に形成されると共に、その側面は前記凹型溝(4a)の長手方向中心線と平行に形成されて平面形状が略三角形に形成され、前記凸部(4t)の周縁部の隅部でピストン外周部(4d)と接する位置は曲面(R1)で形成されている副室式内燃機関において、前記副室(5)突き出し部から噴射される火炎ジェット(J)が前記凹型溝(4a)に沿って半径方向外方へ噴射されることを特徴とする副室式内燃機関。   The top surface of the piston (4) has a radial concave groove (4a) and a convex portion (4t) other than the concave groove (4a), and the concave groove (4a) is positioned at the cylinder head (3). The depth of the concave groove (4a) is set so as not to collide with the intake / exhaust valve (Vi, Vo) and the protruding portion of the sub chamber (5). The concave groove (4a) is formed to have a constant width along its length direction, and is open to the outer periphery of the piston, and its bottom surface (4b) is formed into a flat surface, and the convex portion (4t) is The top surface is formed in a flat surface, and the side surface is formed in parallel with the longitudinal center line of the concave groove (4a) so that the planar shape is substantially triangular, and the peripheral portion of the convex portion (4t) The sub-chamber formed by the curved surface (R1) at the corner portion is in contact with the piston outer peripheral portion (4d). In an internal combustion engine, said auxiliary chamber (5) pre-combustion chamber internal combustion engine, wherein a flame jet ejected from the protruding portion (J) is injected radially outwardly along the concave groove (4a). 前記凹型溝(4a)の底面(4b)は放射方向に沿って平坦である請求項1の副室式内燃機関。   The sub-chamber internal combustion engine according to claim 1, wherein a bottom surface (4b) of the concave groove (4a) is flat along a radial direction. 前記凹型溝(4a)の底面(40b)はピストン外周(4d)側が高くなるように傾斜をもって形成されている請求項1の副室式内燃機関。   The sub-chamber internal combustion engine according to claim 1, wherein the bottom surface (40b) of the concave groove (4a) is formed with an inclination so that the piston outer periphery (4d) side becomes higher. 前記凹型溝(4a)の底面(45b)はピストン外周(4d)側が高くなるように円弧状に形成されている請求項1の副室式内燃機関。   The sub-chamber internal combustion engine according to claim 1, wherein the bottom surface (45b) of the concave groove (4a) is formed in an arc shape so that the piston outer periphery (4d) side becomes higher. ピストン(4)の頂面に放射状の凹型溝(4a)と該凹型溝(4a)以外の部分である略三角形の凸部(4t)とを有し、該凹型溝(4a)の位置はシリンダヘッド(3)の吸排気バルブ(Vi、Vo)の位置と整合しており、前記凹型溝(4a)の深さは吸排気バルブ(Vi、Vo)及び副室(5)突き出し部と衝突しない様に設定され、前記凹型溝(4a)の幅はその長さ方向に沿って一定幅に形成されて、ピストン外周に開放されると共に、その底面(4b)は平面に形成され、前記凸部(4t)はその頂面は平面に形成されると共に、その側面は前記凹型溝(4a)の長手方向中心線と平行に形成されて平面形状が略三角形に形成され、前記凸部(4t)の周縁部の隅部でピストン外周部(4d)と接する位置は曲面(R1)で形成されている副室式内燃機関において、前記副室(5)突き出し部から噴射される火炎ジェット(J)が前記凹型溝(4a)間の前記凸部(4t)の半径方向内方部分に衝突する方向へ噴射されることを特徴とする副室式内燃機関。   The top surface of the piston (4) has a radial concave groove (4a) and a substantially triangular convex portion (4t) which is a portion other than the concave groove (4a), and the position of the concave groove (4a) is a cylinder. It is aligned with the position of the intake / exhaust valves (Vi, Vo) of the head (3), and the depth of the recessed groove (4a) does not collide with the intake / exhaust valves (Vi, Vo) and the protruding portion of the sub chamber (5). The concave groove (4a) is formed to have a constant width along its length direction, and is open to the outer periphery of the piston, and its bottom surface (4b) is formed in a plane, and the convex portion (4t) has a top surface formed in a plane, and a side surface formed in parallel with the longitudinal center line of the concave groove (4a) so that the planar shape is formed in a substantially triangular shape, and the projection (4t) The position in contact with the piston outer peripheral part (4d) at the corner of the peripheral part of the peripheral part is formed by the curved surface (R1) In the sub-chamber internal combustion engine, the flame jet (J) injected from the protruding portion of the sub-chamber (5) collides with the radially inner portion of the convex portion (4t) between the concave grooves (4a). A sub-chamber internal combustion engine characterized by being injected in a direction to perform.
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