JP7226638B2 - pre-chamber engine - Google Patents
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Description
本発明は、副室内で混合気が発火することで形成される火炎を主室内に噴出させて主室内の混合気に点火するシステムを備えた、副室式エンジンに関するものである。
BACKGROUND OF THE
エンジンにおいて、隔壁により主燃焼室(主室ともいう)から分離された副燃焼室(副室ともいう)を設け、これらの主室と副室とを互いに連通する連通路を隔壁に形成し、副室内の混合気を発火させて、このとき副室内に形成される火炎が連通路を介し主室内に噴出するようにして主室内の混合気に点火するシステム(ジェット点火システムともいう)を備えた、副室式エンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In an engine, a sub-combustion chamber (also referred to as a sub-chamber) separated from a main combustion chamber (also referred to as a main chamber) by a partition is provided, and a communication passage that communicates the main chamber and the sub-chamber with each other is formed in the partition, Equipped with a system (also called a jet ignition system) that ignites the air-fuel mixture in the pre-chamber and ignites the air-fuel mixture in the main chamber so that the flame formed in the pre-chamber at this time jets out into the main chamber through a communication passage. A pre-chamber type engine is also known (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記のようなジェット点火システムの燃料供給形態には、主室を介して副室内に燃料を供給するパッシブ方式のものと、副室内に直接燃料を供給するアクティブ方式のものとがある。 By the way, the fuel supply mode of the jet ignition system as described above includes a passive system in which fuel is supplied into the pre-chamber via the main chamber and an active system in which fuel is supplied directly into the pre-chamber.
本件の案出過程で、パッシブ方式のジェット点火システムを備えた副室式エンジンとして、図7に示す構成が考えられた。つまり、図7に示すように、主室121の上部(シリンダヘッド103側の天井壁部)のボア中心軸を含む領域に、内部に副室122を区画形成する隔壁123を配置し、主室121の側壁部111aにインジェクタ117を配置する。隔壁123には、主室121と副室122とを連通する複数の連通路124を形成し、連通路124の一つを燃料供給路124aとする。インジェクタ117は、燃料噴射方向がこの燃料供給路124aに向かうように配置する。
In the devising process of this case, the configuration shown in FIG. 7 was conceived as a pre-chamber engine equipped with a passive jet ignition system. That is, as shown in FIG. 7, a
このようなパッシブ方式の場合、圧縮行程のタイミングで燃料噴射をすることで副室内に燃料を供給し易くすることができる。しかし、図7に示すように、インジェクタ117から噴射された燃料の一部は、副室122内に進入しないで、隔壁123(副室122の壁部)の外面に沿って通過し、ボア中心軸を挟んでインジェクタ117とは反対側に到達し濃い混合気を形成する。この濃い混合気が量論混合比付近になるとNOxを多く生成してしまうため、課題となっている。
In the case of such a passive system, fuel can be easily supplied to the pre-chamber by injecting fuel at the timing of the compression stroke. However, as shown in FIG. 7, part of the fuel injected from the
本件は、このような課題に着目して創案されたもので、パッシブ方式のジェット点火システムを備えた副室式エンジンにおいて、副室内の特にシリンダヘッド近くに燃料を導入しやすくして、NOxの生成を抑制できるようにすることを目的の一つとしている。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。 The present invention was devised with a focus on such problems. In a pre-chamber type engine equipped with a passive jet ignition system, the fuel can be easily introduced into the pre-chamber, especially near the cylinder head, to reduce NOx emissions. One of the purposes is to be able to suppress the generation. In addition to this purpose, it is also another object of the present invention to achieve functions and effects that are derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later and that cannot be obtained by the conventional technology. be.
本件の副室式エンジンは、主室と、シリンダヘッドに設けられた隔壁により前記主室と区画された副室と、前記隔壁に設けられ前記主室と前記副室とを連通する複数の連通路と、前記主室の壁部に装備され、前記主室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、複数の前記連通路のうちの一部であって前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前記副室内に導入する燃料流入連通路と、を備え、前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する、副室式エンジンであって、前記隔壁は、前記主室側の面である隔壁外面と前記副室側の面である隔壁内面を有し、前記隔壁外面における前記燃料流入連通路の開口部の周囲に前記燃料噴射弁からの直噴燃料が衝突する受面とを有する凹部が形成され、前記燃料流入連通路の軸心線と前記隔壁内面との交点が、前記燃料噴射弁からの直噴燃料の軸心線と前記隔壁内面の前記燃料噴射弁に対向する面との交点よりも前記シリンダヘッド側であることを特徴としている。 The present pre-chamber type engine includes a main chamber, a pre-chamber separated from the main chamber by a partition provided in a cylinder head, and a plurality of connections provided in the partition for communicating the main chamber and the pre-chamber. a passage, a fuel injection valve mounted on the wall of the main chamber for injecting fuel into the main chamber; and a fuel inflow communicating passage for introducing fuel into the pre-chamber, wherein the flame formed in the pre-chamber by the ignition of the air-fuel mixture in the pre-chamber is jetted into the main chamber through the communication passage to cause the flame to flow into the main chamber. A pre-chamber engine that ignites an air-fuel mixture, wherein the partition has an outer partition wall surface on the side of the main chamber and an inner partition wall surface on the side of the auxiliary chamber, and the fuel inflow at the outer surface of the partition wall A concave portion having a receiving surface against which the directly injected fuel from the fuel injection valve collides is formed around the opening of the communicating passage, and the intersection of the axis of the fuel inflow communicating passage and the inner surface of the partition wall is the fuel It is characterized by being closer to the cylinder head than the intersection of the axial center line of the directly injected fuel from the injection valve and the surface of the inner surface of the partition wall facing the fuel injection valve.
前記燃料流入連通路は前記開口部から前記副室内に向けて前記副室内の軸心に近づくほど前記シリンダヘッド側に向かうように傾斜していることが好ましい。
前記凹部は、前記副室の外部から内部へ向かう方向に次第に縮径する形状に形成されていることが好ましい。
前記開口部は、前記受面の中心からずれた位置に配置されていることが好ましい。
この場合、前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第1方向に延在し、前記第1方向において、前記凹部の一端から前記連通路までの一端側部分の距離と、前記凹部の他端から前記連通路までの他端側部分の距離とが、異なる大きさに設定され、前記第1方向において、前記一端側部分と前記他端側部分とは、曲率の異なる曲面状に形成されていることが好ましい。
前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第1方向と、前記第1方向と直角な第2方向とに延在し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料が前記凹部に到達する段階での当該燃料の前記第2方向への最大広がり幅は、前記副室の前記第2方向への外形幅よりも小さく設定されていることが好ましい。It is preferable that the fuel inflow communication passage is inclined from the opening into the auxiliary chamber toward the cylinder head as it approaches an axial center in the auxiliary chamber.
It is preferable that the recess is formed in a shape that gradually decreases in diameter in a direction from the outside to the inside of the pre-chamber.
The opening is preferably arranged at a position offset from the center of the receiving surface.
In this case, the recess extends in a first direction along the axial direction of the pre-chamber. The distance from the other end to the communication path is set to be different from the other end side portion, and the one end side portion and the other end side portion are formed into curved surfaces with different curvatures in the first direction. It is preferable that
The recess extends in a first direction along the axial direction of the pre-chamber and in a second direction perpendicular to the first direction, and the fuel injected from the fuel injection valve reaches the recess. It is preferable that the maximum spread width of the fuel in the second direction at is set smaller than the external width of the pre-chamber in the second direction.
本件によれば、主室内に噴射された燃料が副室の外側面の凹部の受面に衝突するため、燃料の分裂や気化を促進でき、凹部を通じて、燃料流入連通路から副室内への燃料導入を促進できる。また、燃料流入連通路の軸心線と副室の内側面との交点が、直噴燃料の軸心線と副室の内側面との交点よりもシリンダヘッド側となるようにしているため、副室内のシリンダヘッド近くに燃料を導入しやすくなる。 According to this invention, since the fuel injected into the main chamber collides with the receiving surface of the recess on the outer side of the pre-chamber, the splitting and vaporization of the fuel can be promoted, and the fuel flows from the fuel inflow communication passage into the pre-chamber through the recess. Can promote adoption. In addition, since the intersection of the axis of the fuel inflow communication passage and the inner surface of the pre-chamber is closer to the cylinder head than the intersection of the axis of the direct injection fuel and the inner surface of the pre-chamber, It becomes easier to introduce fuel near the cylinder head in the auxiliary chamber.
以下、図面を参照して、実施形態としての副室式エンジンについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 A pre-chamber engine as an embodiment will be described below with reference to the drawings. The embodiments shown below are merely examples, and are not intended to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in the embodiments below. Each configuration of this embodiment can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Also, they can be selected or combined as needed.
[全体構成]
本実施形態に係る副室式エンジン(内燃機関であって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを含む。以下、単に「エンジン」ともいう)1は、多気筒エンジンであり、各気筒は、図1Aに示すように、シリンダブロック2に形成されたシリンダ11と、シリンダ11内を往復動するピストン12と、シリンダヘッド3に形成された吸気ポート13及び排気ポート14と、吸気ポート13に装備された吸気弁15及び排気ポート14に装備された排気弁16を備えている。
なお、本実施形態では、図1Bに示すように、吸気ポート13(吸気弁15)及び排気ポート14(排気弁16)はいずれも2つずつ装備されているが、吸気ポート数(吸気弁数)及び排気ポート数(排気弁数)はこれに限定されるものではない。[overall structure]
A pre-chamber engine (an internal combustion engine including a gasoline engine and a diesel engine; hereinafter also simply referred to as "engine") 1 according to the present embodiment is a multi-cylinder engine, and each cylinder is shown in FIG. 1A. , a
In this embodiment, as shown in FIG. 1B, two each of the intake ports 13 (intake valves 15) and the exhaust ports 14 (exhaust valves 16) are provided. ) and the number of exhaust ports (the number of exhaust valves) are not limited to these.
シリンダ11内のシリンダヘッド3側(図中上部)には、シリンダ11の内壁とピストン12の頂面12aと、シリンダヘッド3とによって、燃焼室20が区画形成されている。燃焼室20には、吸気弁15で開閉される吸気ポート13及び排気弁16で開閉される排気ポート14が連通可能に接続されている。なお、ここでは、燃焼室20の頂部は、吸気弁15が設けられた吸気斜面と排気弁16が設けられた排気斜面とを有するペントルーフ形状に形成されている。
A
シリンダ11内の頂部(図1A中の上部)の周壁11aには、燃料噴射弁17が装備されており、本実施形態のエンジンは1、シリンダ11内に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジン(直噴エンジン)として構成されている。本実施形態では、シリンダ11内に直接燃料噴射する燃料噴射弁17のみを備えているが、これに加えて、吸気ポート13に燃料を噴射するポート噴射用の燃料噴射弁を追加してもよい。
A
本実施形態に係るエンジンは、火花点火式エンジンであり、シリンダヘッド3の一部である燃焼室20の頂部(ここでは、ペントルーフ形状の頂部)20aにおいて、ボア中心軸又はボア中心軸の近傍に、燃焼室20に火花放電部18aを露出させて点火プラグ18が装備されている。ただし、本件に係るエンジンは、点火プラグ16を備えない圧縮着火エンジンをも含むものとする。なお、点火プラグ18により混合気を着火する場合、通常は「点火する」というが、ここでは、圧縮着火も含める意味で、「着火する」、又は「発火させる」という。
The engine according to the present embodiment is a spark ignition engine, and at the top (here, the top of the pent roof shape) 20a of the
[主室及び副室の構成]
燃焼室20の頂部20aには、燃焼室20の内部空間を、主室(主燃焼室)21と、副室(副燃焼室)22とに区画する隔壁23が装備されている。この隔壁23は、点火プラグ18の火花放電部18aが露出する空間を覆うように配置され、燃焼室20内の隔壁23で覆われる内部空間(火花放電部18aを含む空間)が副室22となっており、燃焼室20内の隔壁23の外部空間が主室21となっている。[Configuration of main room and auxiliary room]
A
図1Cに示すように、隔壁23には、主室21と副室22とを連通する複数(本実施形態では7個)の連通路(「ノズル」ともいう)24が形成されている。複数の連通路24は、複数の連通路24の一部(ここでは1つ)は、燃料噴射弁17から主室21内に噴射された燃料を副室22に導入するための燃料流入連通路24aとして機能する。
燃料噴射弁17は、副室22内に燃料供給するための噴射口を備えている。As shown in FIG. 1C, the
The
副室22内では、燃料流入連通路24aを通じて導入された燃料を含んだ混合気に所定のタイミングで点火プラグ18を用いて着火し、この着火により副室22内に形成される火炎を、複数の連通路24を介して主室21内にジェット噴出させて主室21内の混合気に点火し、燃焼を促進する。このような点火システムは、ジェット点火システムとも呼ばれ、希薄混合気への点火及び燃焼促進に有効であり、主室21内のリーンバーンや大量EGR時に適用でき、これにより、燃費向上が可能になる。
In the pre-chamber 22, the air-fuel mixture containing the fuel introduced through the fuel
ところで、隔壁23の主室21側の面(隔壁外面)23aにおいて、燃料流入連通路24aが開口する開口部24bの周囲には、主室21及び副室22が形成される副室22の軸方向に沿った方向(第1方向)D1、及び、第1方向D1と直角な方向(第2方向)D2に沿って湾曲した凹状湾曲面30CFと、凹状湾曲面30CF内に形成され燃料噴射弁17からの直噴燃料が衝突する受面30Fとを有する凹部30が形成されている。本実施形態の凹部30の壁面(内壁面)は、凹状湾曲面30CFを含み、副室22の外部から内部に向かって次第に縮径し、滑らかな曲面で形成されたすり鉢形状に形成されているが、凹部30の形状はこれに限定されるものではない。開口部24bは、すり鉢形状の凹部30の底部又は底部近傍に配置されている。
By the way, in the
また、燃料流入連通路24aの軸心線(即ち、燃料流入連通路24aの流路中心線)FL2は、燃料噴射弁17からの直噴燃料の軸心線FL1と異なるとともに、隔壁23の副室22側の面(隔壁内面)23bとの交点P1が、直噴燃料の軸心線FL1と隔壁内面23bの燃料噴射弁17に対向する面との交点P2よりもシリンダヘッド3側となるように形成されている。燃料流入連通路24aの軸心線FL2が燃料噴射弁17からの直噴燃料の軸心線FL1と一致又はほぼ一致すると、直噴燃料が燃料流入連通路24aを通じて直接的に副室22内に進入するため、燃料が分裂や気化が不足した状態で副室22内に進入し、その後の副室22での空気との混合に不利になる。しかし、燃料流入連通路24aの軸心線FL2と燃料噴射弁17からの直噴燃料の軸心線FL1とを一致させなければ、直噴燃料が燃料流入連通路24aを通じて直接的に副室22内に進入することが抑制され、燃料が少なからず分裂や気化した状態で副室22内に進入し、その後の副室22での空気との混合に寄与する。なお、ここでは、軸心線FL2は軸心線FL1と平行でない(つまり角度が異なっている)が、軸心線FL2と軸心線FL1とが平行であっても、燃料流入連通路24aの軸心線FL2と隔壁内面23bとの交点P1が、直噴燃料の軸心線FL1と隔壁内面23bの燃料噴射弁17に対向する面との交点P2よりもシリンダヘッド3側となるように形成されていればよい。
Further, the axial center line FL2 of the fuel
本実施形態では、隔壁23の上部〔図1Cにおける上部(即ち、点火プラグ側)〕は円筒形状に形成され、隔壁23の下部〔図1Cにおける下部(即ち、ピストン12側)は略半球形状に形成されている。また、隔壁23は、一部を除いて、点火プラグ18の火花放電部18aの位置(即ち、ボア中心軸又はボア中心軸の近傍の位置)を中心とする回転体形状に形成されている。ただし、隔壁23の形状はこれに限定されない。上部は点火プラグ18の火花放電部18aを中心とした円筒形状が好ましいが、下部は上部の円筒形状と連続し、下方に行くにしたがって縮径して次第に横断面積が小さくなる形状であればよい。
In this embodiment, the upper portion of the partition wall 23 (the upper portion in FIG. 1C (that is, the ignition plug side)) is formed in a cylindrical shape, and the lower portion of the partition wall 23 (the lower portion in FIG. 1C (that is, the
[副室の凹部の構成]
本実施形態では、凹部30は、隔壁23の下部の略半球形状の部分における副室中心軸CLからずれた斜面部に形成されている。したがって、凹部30が形成される部分を除いて、隔壁23の下部は略半球形状に形成されている。[Structure of concave part of pre-chamber]
In this embodiment, the recessed
また、本実施形態では、隔壁23の下部の一部を、厚みをほぼ均一に保ちながら凹部30を形成しており、隔壁外面23aに凹部30が形成されると共に、隔壁内面23bには凹部30と対応した凸部31が形成されている。ただし、凹部30は、副室22の外側面(隔壁外面)23aを切り欠いた形状であればよく、例えば、隔壁23の内面は略半球形状を保ったまま、隔壁外面23aに凹部30を形成してもよい。この場合、凹部30を形成する箇所は厚みが減少する。
Further, in this embodiment, the
図2は副室22の凹部30が形成された箇所における部分横断面図(副室中心軸CLと直交する面で切った断面の一部)であり、便宜上、凹部30を図中上向きに記載しており、図中上方にから燃料が噴射される。図2に矢印A1~A3で示すように、凹部30の内壁面の形状は、ここでは、副室22の外部から内部に向かう方向に次第に径が縮小している。換言すれば、図2に矢印A4~A7で示すように、凹部30の横断面における中心CL1から外側に向かって、副室中心軸CLに向かう深さが次第に浅くなっている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view (part of the cross section taken along a plane perpendicular to the center axis CL of the pre-chamber) of the pre-chamber 22 where the
本実施形態では、図1C及び図2に示すように、凹部30の正面視における面心(正面視の幾何中心)GL〔図1C参照〕に対して、副室中心軸CLの方向に沿った方向(第1方向)D1にも、第1方向D1と直角な方向(第2方向)D2(副室中心軸CLと直交する方向)にも、対称又はほぼ対称の曲面形状に形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1C and 2 , with respect to the face center (geometric center in front view) GL of the
ただし、凹部30の壁面の形状はこれに限定されるものではなく、少なくとも副室22の外部から内部に向かって次第に縮径していればよく、例えば、円錐面等の錐面を用いたファンネル(漏斗)形状であってもよい。つまり、図3Aに変形例として示す凹部30Aのように、円錐面を用いて形成してもよく、図3Bに変形例として示す凹部30Bのように、角錐面を用いて形成してもよい。図3Cに示す例は、四角錐面を用いているが、これ以外の角錐面も適用できる。また、第1方向D1に沿って湾曲した凹状湾曲面30CFを含む形状であればより好ましい。
However, the shape of the wall surface of the
また、凹部30の壁面の形状に錐面を用いる場合も、錐面の幅広側B(凹部30の開口に相当する)や錐面の幅狭側T(凹部30の底面部に相当する)は円や正多角形に限らず、楕円やその他の多角形であってもよい。
さらに、図3A,図3Bに示す凹部30A,30Bのように、錐面の幅広側Bの中心と幅狭側Tの中心とを結ぶ線(図3A,図3B中のL1,L2)が、錐台の底面Bや頂面Tに対して傾斜した錐台(即ち、底面Bに対して頂面Tが横ズレした錐台)の内面形状を適用してもよい。図3A,図3Bでは、図1A,図1Bに対応させて、凹部30A,30Bを斜め下向きに記載している。Also, when a conical surface is used as the shape of the wall surface of the
Furthermore, like the
なお、図3A,図3Bに示す変形例では、凹部30A,30Bの最深部(底部)に、燃料流入連通路24aの開口部24bが配置されているが、開口部24bの配置はこれに限らない。また、開口部24bの数(燃料流入連通路24aの数)も1つだけに限定されない。図3Bに示す凹部30Bのように、開口部24bを複数(ここでは2つ)設けてもよい。この場合の、開口部24bの並ぶ方向は、第1方向D1でも第2方向D2でもよい。
In the modification shown in FIGS. 3A and 3B, the
燃料噴射弁17からの燃料噴射範囲の中心に受面30Fが形成されており、本実施形態では、開口部24bは、図1Cに示すように、副室22の軸方向に沿った第1方向D1において、燃料噴射弁17からの燃料噴射範囲の中心からずれた位置に配置されている。なお、本実施形態では、開口部24bは、図2に示すように、第1方向D1と直角な第2方向D2においては、燃料噴射弁17からの燃料噴射範囲の中心にほぼ沿った位置に配置されている。これによって、燃料噴射弁17から噴射された燃料は、開口部24bに直接進入せずに、一旦、受面30Fで受け止められた後に、開口部24bに進入するようになっている。
A receiving
燃料噴射範囲の中心が、凹部30の正面視における中心(正面視の幾何中心)GLにある場合は、開口部24bはこの正面視中心GLからずれた位置に配置される。本実施形態では、燃料噴射範囲の中心は、凹部30の正面視中心GLに対して、図1Cにおける下方(即ち、ピストン12側)にややシフトしており、開口部24bは、凹部30の正面視中心GLに対して、図1Cにおける上方(即ち、シリンダヘッド3側)にややシフトしている。燃料噴射範囲の中心に対して開口部24bがずれる方向はこの限りではない。例えば、図3Bに示すように、開口部24bを複数設ける場合には、燃料噴射範囲の中心の周囲に、燃料噴射範囲の中心を囲むように開口部24bを配置してもよい。
When the center of the fuel injection range is at the center (geometric center in front view) GL of the
また、燃料流入連通路24aの軸心線FL2を一点鎖線で示すが、燃料流入連通路24aの軸心線は、開口部24bから副室22内に向けて副室22内の副室中心軸CLに近づくほど、図1Cにおける上方(即ち、シリンダヘッド3側)に向かうように傾斜している。この燃料流入連通路24aにおける燃料の流入方向は、副室22内の上部の点火プラグ18の火花放電部18aに近づく方向である。
The axis FL2 of the fuel
なお、凹部30は、副室22の軸方向に沿った第1方向D1と、第1方向D1と直角な第2方向D2とに延在するが、図4A~図4Cに変形例として示す凹部30Cのように、第1方向D1において、凹部30の一端〔図4A~図4C中、下方の端〕から燃料流入連通路24aまでの部分(一端側部分)P1の距離(壁面の長さ)d1と、凹部30の他端〔図4A~図4C中、上方の端〕から燃料流入連通路24aまでの部分(他端側部分)P2の距離(壁面の長さ)d2とが、異なる大きさに設定され、且つ、第1方向D1において、一端側部分P1と他端側部分P2とは、曲率の異なる曲面状に形成されていてもよい。
The
この変形例では、図4B,図4Cに示すように、燃料流入連通路24aの開口部24bは、凹部30の正面視中心GLから上方(即ち、シリンダヘッド3側)にずれた位置に配置される。つまり、開口部24bから凹部30の周縁部の各所までの距離のうち、開口部24bから凹部30の一端までの、受面30Fを有する一端側部分P1の距離d1が最大に、開口部24bから凹部30の他端までの、他端側部分P2の距離d2が最小に、設定されている。
In this modification, as shown in FIGS. 4B and 4C, the
また、凹部30内への燃料噴射範囲の中心は、凹部30の正面視中心GLから下方(即ち、ピストン12側)にずれた位置に設定される。
また、図4Bに示すように、凹部30を形成する曲面は、受面30Fを有する一端側部分P1の曲率1/R1に比べて、他端側部分P2の曲率1/R2の方が大きく(即ち、一端側部分P1の曲率半径R1よりも他端側部分P2の曲率半径R2の方が小さく)形成されている。なお、一端側部分P1の曲率及び他端側部分P2の曲率は、それぞれが均一でもよいが、部分的に又は全体的に曲率が変化してもよい、例えば、凹部30の一端から他端に向かって次第に曲率が大きくなる(曲率半径が小さくなる)ように形成してもよい。Further, the center of the range of fuel injection into the
Further, as shown in FIG. 4B, the curved surface forming the
図5に示すように、燃料噴射弁17から噴射される燃料は、所定の角度αで徐々に拡散するが、燃料噴射弁17から噴射される燃料が凹部30に到達する段階における、燃料の第2方向D2への広がり幅(最大広がり幅)W1は、副室22の第2方向D2への外形幅W2よりも小さく(即ち、W2>W1に)設定されている。
As shown in FIG. 5, the fuel injected from the
[燃料噴射及び燃焼]
本実施形態では、吸気行程初期に燃料噴射弁17から主室21内に燃料が噴射され〔図6A参照〕、その後の圧縮行程終期に燃料噴射弁17から主室21を介して副室22内に燃料が噴射される〔図6B参照〕。なお、ポート噴射を採用する場合は、排気行程もしくは吸気行程においてポート噴射を実施し、吸気行程において吸気と共に燃料を主室21内に供給する。そして、圧縮行程末期に副室22内に形成された混合気に着火して、この着火により副室22内に形成される火炎を、複数の連通路24を介して主室21内にジェット噴出させて主室21内の混合気に点火し、燃焼させる〔図6C参照〕。[Fuel injection and combustion]
In this embodiment, fuel is injected from the
[作用及び効果]
本実施形態に係る副室式エンジンによれば、圧縮行程終期に燃料噴射弁17から主室21を介して副室22内に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、開口部24bに直接進入することなく、或いは、直接進入することが抑制されて、凹部30の凹状湾曲面30CF内の受面30Fに衝突して受け止められる。このため、直噴燃料は、凹部30内及びその近傍で滞留しながら分裂や気化を促進され、その後、開口部24bから燃料流入連通路24aを経て副室22内へ導入される。この凹部30内での燃料の分裂や気化は、その後の副室22での空気との混合促進に寄与する。また、燃料が開口部24bに直接進入すると、燃料の分裂や気化が不十分になるおそれがあるが、これも回避される。[Action and effect]
According to the pre-chamber engine according to the present embodiment, when fuel is injected from the
さらに、燃料流入連通路24aの軸心線FL2と隔壁内面23bとの交点P1が、直噴燃料の軸心線FL1と隔壁内面23bの燃料噴射弁17に対向する面との交点P2よりもシリンダヘッド3側となるように形成されているので、燃料をより副室内22のシリンダヘッド3の近くに導入しやすくなる。つまり、副室22上部の火花放電部18aに近傍に集中的に燃料の濃い混合気を形成しやすくなる。このため、点火プラグ18による点火及びその後副室22内に形成される火炎が強化される。
Furthermore, the intersection point P1 between the axis FL2 of the fuel
また、副室22の軸方向(副室中心軸CLの方向)がボア中心軸の軸方向(気筒の軸方向)と一致している場合には、凹状湾曲面30CFは、副室22の軸方向に沿った第1方向D1、即ち、気筒の軸方向(ボア中心軸の方向)に沿って湾曲しているので、気筒内の気体の気筒軸方向への流動性を利用して、受面30Fに衝突した直噴燃料を、凹状湾曲面30CFに沿って開口部24bから燃料流入連通路24aに案内することができる。
Further, when the axial direction of the pre-chamber 22 (the direction of the pre-chamber center axis CL) coincides with the axial direction of the bore center axis (the axial direction of the cylinder), the concave curved surface 30CF is aligned with the axis of the pre-chamber 22. The first direction D1 along the direction, that is, the axial direction of the cylinder (the direction of the bore center axis) is curved. Directly injected fuel that has collided with 30F can be guided along the concave curved surface 30CF from the
また、図4Cに示すように、副室22の軸方向に沿った第1方向D1において、受面30Fを有する一端側部分P1の距離d1が最大に設定されていると、受面30Fを大きくとれ、且つ、この端側部分P1の曲率が小さく設定されていると、直噴燃料が、凹部30内及びその近傍で滞留しながらの分裂や気化がより促進され、その後の副室22での空気との混合促進に寄与する。
Further, as shown in FIG. 4C, if the distance d1 of the one end side portion P1 having the receiving
このように、直噴燃料は、凹部30内にキャッチされて開口部24bから燃料流入連通路24aに進むため、図7に示すように、インジェクタ17から噴射された燃料の一部が副室22内に進入しないで隔壁23(副室12の壁部)の外面に沿って通過してしまうことが抑制され、インジェクタ17と反対側に到達し濃い混合気を形成することが回避又は抑制される。したがって、濃い混合気によりNOxを多く生成してしまうことが回避又は抑制される。
In this manner, the directly injected fuel is caught in the
また、燃料流入連通路24aの開口部24bは、凹部30の底部又は底部近傍に配置されているため、受面30Fに衝突して分裂や気化を促進された燃料は、凹部30の内壁面に沿って開口部24bから燃料流入連通路24aを経て副室22内に滑らかに流入する。
In addition, since the
燃料流入連通路24aは、点火プラグ18の火花放電部18aに近づく方向に傾斜しているので、燃料流入連通路24aを経た燃料は、副室22上部の火花放電部18aに向かい、火花放電部18aに近傍に集中的に燃料の濃い混合気を形成する。このため、点火プラグ18による点火及びその後副室22内に形成される火炎を強化することができ、複数の連通路24を介して主室21内に強いジェット噴出させて主室21内の混合気へ点火し、燃焼を促進させることができる。
Since the fuel
また、図5に示すように、燃料噴射弁17から噴射される燃料は、所定の角度αで徐々に拡散するが、燃料噴射弁17から噴射される燃料が凹部30に到達する段階における、燃料の第2方向D2への広がり幅W1は、副室22の第2方向D2への外形幅W2よりも小さく設定されていることも、衝突後の燃料が副室22の外側を通って排気側に回ることを抑制でき、NOx排出の低減効果に寄与する。
Further, as shown in FIG. 5, the fuel injected from the
[その他]
上述した副室式エンジンの構成は一例である。例えば、副室22、即ち、副室22を区画する隔壁23の配置は、必ずしも燃焼室20の頂部20aのボア中心軸CL又はボア中心軸CLの近傍に限定されず、燃焼室20の頂部20aにも限定されない。
また、燃料噴射弁17は、副室22内に燃料供給するための噴射口の他に、主室21内に燃料供給するための噴射口と備えていてもよい。
また、上記実施形態では、燃料流入連通路24aを1本のみ設けているが、凹部30内に燃料流入連通路24aを複数設けてもよい。[others]
The configuration of the pre-chamber engine described above is an example. For example, the arrangement of the pre-chamber 22, that is, the
Further, the
Further, although only one fuel
また、上記実施形態では、凹部30を滑らかな曲面で形成されたすり鉢形状或いは錐面を用いたファンネル(漏斗)形状としたが、凹部30の形状はこれに限定されない。
さらに、上記実施形態では、開口部24bを凹部30の底部又は底部近傍に配置しているが、凹部30の内面形状が受面30Fで受けた燃料を開口部24bに案内しうる形状であれば、開口部24bを凹部30の底部又は底部近傍以外に配置してもよい。In the above-described embodiment, the
Furthermore, in the above-described embodiment, the
1 副室式エンジン(エンジン)
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
11 シリンダ
12 ピストン
13 吸気ポート
14 排気ポート
15 吸気弁
16 排気弁
17 燃料噴射弁
18 点火プラグ
18a 火花放電部
20 燃焼室
20a 燃焼室20の頂部
21 主室(主燃焼室)
22 副室(副燃焼室)
23 隔壁
23a 隔壁外面
23b 隔壁内面
24 連通路(ノズル)
24a 燃料流入連通路(ノズル)
24b 燃料流入連通路24aの開口部
30,30A,30B,30C 凹部
30CF 凹状湾曲面
30F 受面
31 凸部
CL 副室中心軸
FL1 直噴燃料の軸心線
FL2 燃料流入連通路24aの軸心線
P1 燃料流入連通路24aの軸心線FL2と隔壁内面23bとの交点
P2 直噴燃料の軸心線FL1と隔壁内面23bの燃料噴射弁17に対向する面との交点1 pre-chamber engine (engine)
2
22 sub-chamber (sub-combustion chamber)
23
24a Fuel inflow communication passage (nozzle)
24b Openings of fuel
Claims (6)
前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する、副室式エンジンであって、
前記隔壁は、前記主室側の面である隔壁外面と前記副室側の面である隔壁内面を有し、
前記隔壁外面における前記燃料流入連通路の開口部の周囲に前記燃料噴射弁からの直噴燃料が衝突する受面を有する凹部が形成され、
前記燃料流入連通路の軸心線と前記隔壁内面との交点が、前記燃料噴射弁からの直噴燃料の軸心線と前記隔壁内面の前記燃料噴射弁に対向する面との交点よりも前記シリンダヘッド側である
ことを特徴とする、副室式エンジン。a main chamber, an auxiliary chamber separated from the main chamber by a partition provided in a cylinder head, a plurality of communication passages provided in the partition and communicating the main chamber and the auxiliary chamber, and a wall of the main chamber a fuel injection valve that injects fuel into the main chamber; and a fuel inflow connection that is a part of the plurality of communication passages and introduces the fuel injected from the fuel injection valve into the sub chamber. a passageway;
A pre-chamber engine that ignites the air-fuel mixture in the main chamber by ejecting a flame formed in the pre-chamber by the ignition of the air-fuel mixture in the pre-chamber into the main chamber through the communication passage,
The partition wall has an outer partition wall surface on the main chamber side and an inner partition wall surface on the sub chamber side,
A concave portion having a receiving surface against which the directly injected fuel from the fuel injection valve collides is formed around the opening of the fuel inflow communication passage in the outer surface of the partition wall,
The intersection of the axis of the fuel inflow communication passage and the inner surface of the partition wall is located above the intersection of the axis of the fuel directly injected from the fuel injection valve and the surface of the inner surface of the partition facing the fuel injection valve. A pre-chamber engine characterized by being on the cylinder head side.
ことを特徴とする、請求項1に記載された副室式エンジン。2. The fuel inflow communication passage is slanted from the opening into the auxiliary chamber toward the cylinder head as it approaches the axial center of the auxiliary chamber. pre-chamber engine.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の副室式エンジン。3. The pre-chamber type engine according to claim 1, wherein said recess is formed in a shape that gradually decreases in diameter in a direction from the outside to the inside of said pre-chamber.
ことを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の副室式エンジン。The pre-chamber engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the opening is located at a position offset from the center of the receiving surface.
前記第1方向において、前記凹部の一端から前記連通路までの一端側部分の距離と、前記凹部の他端から前記連通路までの他端側部分の距離とが、異なる大きさに設定され、
前記第1方向において、前記一端側部分と前記他端側部分とは、曲率の異なる曲面状に形成されている
ことを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の副室式エンジン。the recess extends in a first direction along the axial direction of the pre-chamber;
In the first direction, a distance from one end of the recess to the communication path and a distance of the other end from the other end of the recess to the communication path are set to different sizes,
The pre-chamber according to any one of claims 1 to 4, wherein in the first direction, the one end side portion and the other end side portion are formed into curved surfaces with different curvatures. formula engine.
前記燃料噴射弁から噴射される燃料が前記凹部に到達する段階での当該燃料の前記第2方向への広がり幅は、前記副室の前記第2方向への外形幅よりも小さく設定されている
ことを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の副室式エンジン。the recess extends in a first direction along the axial direction of the pre-chamber and in a second direction perpendicular to the first direction;
When the fuel injected from the fuel injection valve reaches the recess, the spread width of the fuel in the second direction is set smaller than the outer width of the pre-chamber in the second direction. The pre-chamber engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
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