JP7306924B2 - Internal combustion engine with auxiliary combustion chamber - Google Patents
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Description
本発明は、副燃焼室を備えた内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber.
副燃焼室付きの内燃機関は、例えば特許文献1などで広く知られている。内燃機関の副燃焼室は点火プラグの代わりに設けられており、副燃焼室で発生した火炎を主燃焼室に噴出させて燃料に着火するものである。副燃焼室で生成した火炎は燃料の着火性に優れているため、吸気の燃料がリーン気味であっても確実に燃焼させることができる利点がある。そこで、排気ガスのクリーン化の有望な技術として注目されている。
An internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber is widely known, for example, from
上記のとおり、副燃焼室付き内燃機関は主燃焼室の燃料への着火性に優れているが、トーチに形成されている火炎噴出穴は例えば1.5mm程度の内径で細いため、掃気が不十分になって副燃焼室内での燃焼が不十分になりやすいという問題があった。 As mentioned above, the internal combustion engine with the auxiliary combustion chamber has excellent ignitability to the fuel in the main combustion chamber, but the flame ejection hole formed in the torch is thin with an inner diameter of about 1.5 mm, for example, so scavenging is insufficient. There is a problem that the combustion in the sub-combustion chamber tends to be insufficient when the fuel is sufficient.
副燃焼室への燃料の供給形態として、副燃焼室に専用の燃料噴射インジェクタを設けている方式と、吸気ポートから主燃焼室に噴出した吸気(混合気)を副燃焼室に取り込む方式とがあるが、後者の場合は、掃気が不十分であると副燃焼室への吸気の導入が不十分になるため、特に、副燃焼室内で燃焼が不完全になりやすかった。 There are two methods of supplying fuel to the sub-combustion chamber: one is to install a dedicated fuel injector in the sub-combustion chamber, and the other is to take in the intake air (mixture) jetted from the intake port into the main combustion chamber into the sub-combustion chamber. However, in the latter case, if the scavenging is insufficient, the introduction of the intake air into the sub-combustion chamber is insufficient.
本願発明の、このような現状を改善することを課題とするものである。 An object of the present invention is to improve such a situation.
本願発明の内燃機関は、
「シリンダヘッドとシリンダブロックとにより、吸気ポート及び排気ポートが開口した主燃焼室が形成されていて、前記吸気ポートから噴出した吸気が前記主燃焼室においてタンブル流を生成するようになっており、
かつ、前記シリンダヘッドに、前記主燃焼室に露出したトーチを有する副燃焼室が設けられており、前記トーチに火炎噴出穴が形成されている」
という基本構成になっている。
The internal combustion engine of the present invention is
"The cylinder head and cylinder block form a main combustion chamber with open intake and exhaust ports , and the intake air jetted from the intake port generates a tumble flow in the main combustion chamber. ,
Further, the cylinder head is provided with an auxiliary combustion chamber having a torch exposed to the main combustion chamber, and the torch is formed with a flame ejection hole.”
It has a basic configuration.
そして、上記基本構成において、
「前記副燃焼室は、点火プラグを備えると共に前記主燃焼室の中心を挟んで排気側又は吸気側の部位でかつ前記トーチが前記タンブル流に晒される位置に配置されており、前記トーチに、前記主燃焼室の中心の側のみに向いてタンブル流と対向するように開口した第1火炎噴出穴と、前記タンブル流の流れと交叉した方向に開口した一対の第2火炎噴出穴とが形成されており、前記第1火炎噴出穴が第2火炎噴出穴よりも大径に形成されている」
という構成が付加されている。
And in the above basic configuration,
"The sub-combustion chamber is provided with a spark plug and is arranged at a position on the exhaust side or the intake side across the center of the main combustion chamber and at a position where the torch is exposed to the tumble flow. A first flame ejection hole that faces only the center of the main combustion chamber and faces the tumble flow, and a pair of second flame ejection holes that open in a direction crossing the tumble flow are formed. and the first flame ejection hole is formed to have a larger diameter than the second flame ejection hole."
configuration is added.
タンブル流は、吸気ポートから直進してからシリンダボアによって下方に方向変換し、更に、ピストンの頂面に案内された吸気ポートの側に上昇する形態を呈しており、圧縮行程では、主燃焼室の中央部から吸気ポートの側に向かう流れも生成され得る。従って、第1火炎噴出穴がタンブル流と対向するように副燃焼室を配置する場合、排気ポートの近くに配置する場合と、吸気ポートの近くに配置する場合とが有り得るが、排気ポートの近くに配置すると、吸気ポートから噴出した強い吸気がダイレクトにかつ長い時間に亙って当たるため、配置位置として好適である。 The tumble flow proceeds straight from the intake port, changes direction downward by the cylinder bore, and then rises toward the intake port guided by the top surface of the piston. A flow from the center to the side of the intake port can also be generated. Therefore, when the sub-combustion chamber is arranged so that the first flame ejection hole faces the tumble flow, it may be arranged near the exhaust port or near the intake port. , the strong intake air ejected from the intake port hits directly and for a long time, so it is suitable as an arrangement position.
本願発明では、トーチの第1火炎噴出穴はタンブル流と対向するように主燃焼室の中心の側のみに開口していると共に大径であるため、吸気ポートが第1火炎噴出穴から副燃焼室の内部に入り込みやすくなっている。他方、第2火炎噴出穴はタンブル流の流れと交叉した方向に開口しているため、エゼクタ効果により、タンブル流によって第2火炎噴出穴から内部の残留ガスが吸い出される傾向を呈する。 In the present invention, the first flame ejection hole of the torch opens only toward the center of the main combustion chamber so as to face the tumble flow and has a large diameter. It is easy to enter the interior of the room. On the other hand, since the second flame ejection holes are open in a direction intersecting the flow of the tumble flow, the tumble flow tends to suck out the residual gas inside from the second flame ejection holes due to the ejector effect.
この場合、第1火炎噴出穴は大径であるため、吸気が第1火炎噴出穴に押し込まれやすい一方、第2火炎噴出穴は細いため、エゼクタ効果を確実化して副燃焼室内の残留ガスをしっかりと吸引できる。 In this case, since the first flame ejection hole has a large diameter, the intake air is easily pushed into the first flame ejection hole. It can be strongly aspirated.
従って、第1火炎噴出穴に流入した吸気の押し作用と第2火炎噴出穴による引き作用とにより、副燃焼室内に、第1火炎噴出穴から入って第2火炎噴出穴から流れる吸気の流れを形成して、この流れに乗せて、副燃焼室内に溜まっていた残留ガスを第2火炎噴出穴から速やかに掃気できると共に、副燃焼室内に吸気(混合気)を速やかに充満させることができる。従って、副燃焼室での燃焼を確実化して、主燃焼室での燃焼も安定化できる。 Therefore, due to the pushing action of the intake air that has flowed into the first flame ejection hole and the pulling action of the second flame ejection hole, the flow of the intake air entering the sub-combustion chamber through the first flame ejection hole and flowing from the second flame ejection hole is caused. It is possible to quickly scavenge the residual gas accumulated in the sub-combustion chamber from the second flame ejection hole and to quickly fill the sub-combustion chamber with intake air (air-fuel mixture). Therefore, the combustion in the auxiliary combustion chamber can be ensured, and the combustion in the main combustion chamber can also be stabilized.
また、第1火炎噴出穴はタンブル流の流れ方向と対向するように開口しているため、主燃焼室から噴出した火炎は主燃焼室(シリンダボア)の軸心を通るようにして噴出するが、第1火炎噴出穴は大径であって強い火炎が主燃焼室の中心を横切るように噴出するため、主燃焼室に充満している燃料(混合気)に、広い範囲で一気に着火させることができる。このため、急速燃焼を実現して、完全燃焼化を促進できる。 In addition, since the first flame ejection hole is opened so as to face the flow direction of the tumble flow, the flame ejected from the main combustion chamber is ejected so as to pass through the axis of the main combustion chamber (cylinder bore). The first flame ejection hole has a large diameter and a strong flame is ejected so as to cross the center of the main combustion chamber, so the fuel (air mixture) filling the main combustion chamber can be ignited in a wide range at once. can. Therefore, rapid combustion can be realized and complete combustion can be promoted.
また、第1火炎噴出穴が主燃焼室の中心の方向に開口していることにより、第1火炎噴出穴から噴出した火炎の飛散距離が長くなるため、火炎が主燃焼室の壁面(シリンダボアの内周面)に当たることを防止できる。これにより、火炎の熱がシリンダブロックに吸収されて冷却損失が発生することを防止又は著しく抑制できる。 In addition, since the first flame ejection hole opens toward the center of the main combustion chamber, the flame ejected from the first flame ejection hole spreads over a longer distance, so that the flame does not reach the wall surface of the main combustion chamber (cylinder bore). inner peripheral surface). As a result, it is possible to prevent or remarkably suppress the occurrence of cooling loss due to the heat of the flame being absorbed by the cylinder block.
なお、第2火炎噴出穴からも火炎が噴出するが、第2火炎噴出穴は小径であって火炎は細いため、第2火炎噴出穴から噴出した火炎が主燃焼室の内面に当たっても吸熱量は多くない。従って、冷却損失を抑制しつつ、掃気の確実化と完全燃焼化とを促進できる。 Flames are also emitted from the second flame ejection holes, but since the diameter of the second flame ejection holes is small and the flames are thin, even if the flames ejected from the second flame ejection holes hit the inner surface of the main combustion chamber, the amount of heat absorbed is not many. Therefore, it is possible to promote reliable scavenging and complete combustion while suppressing cooling loss.
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関は、基本的要素としてシリンダブロック1とその上面にガスケット2を介して固定されたシリンダヘッド3とを有しており、シリンダブロック1には、クランク軸線方向(前後方向)に並んだ複数のシリンダボア4が形成されている。
(1) Description of Structure Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine has, as basic elements, a
シリンダヘッド3には、シリンダボア4に対応して円錐状の凹所5が形成されており、シリンダボア4と凹所5とによって主燃焼室6が形成されている。当然ながら、シリンダボア4にはピストン7が摺動自在に嵌まっている。
A
シリンダヘッド3には、各凹所5に対応して、一対ずつの吸気ポート8と一対ずつの排気ポート9とが、クランク軸線を挟んだ両側に形成されている。吸気ポート8は吸気バルブ10で開閉され、排気ポート9は排気バルブ11で開閉される。各吸気ポート8は、それぞれシリンダヘッド3の吸気側面に開口している(一対の吸気ポート8を一つに集合させて吸気側面に開口させる場合もある。)。
A pair of
他方、各対の排気ポート9は、シリンダヘッド3に形成された集合通路に集まっており、集合通路には1つの排気出口穴が形成されて、排気出口穴はシリンダヘッド3の排気側面に開口している。
On the other hand, each pair of
そして、シリンダヘッド3のうち一対の排気ポート9の始端部の間の部位に、ユニット式の副燃焼室12を配置している。副燃焼室12は、点火プラグ13が装着された中空のハウジング14を備えており、シリンダヘッド3に形成された取り付け穴にねじ込みによって固定されている。
A unit-
ハウジング14には、先端を凹所5に突出させた小径のトーチ15が一体に形成されており、トーチ15のうち凹所5に突出した部位に、吸気ポート8の方のみに開口した1つの第1火炎噴出穴16と、クランク軸線方向に開口した前後一対の第2火炎噴出穴17とが形成されている。副燃焼室12は前後一対の排気ポート9の間に位置しているため、第1火炎噴出穴16は、主燃焼室6(シリンダボア4)の中心Oに向けてのみ開口している。
The
そして、第1火炎噴出穴16の内径は第2火炎噴出穴17の内径よりも大径に設定されている。具体的には、内径の対比では、第1火炎噴出穴16は第2火炎噴出穴17の1.5~3倍程度に設定できる。実際の寸法では、第1火炎噴出穴16を2~3mm、第2火炎噴出穴17を1~2mmに設定できる。
The inner diameter of the first
ピストン7の頂面には凹所18が形成されている。そこで、ピストン7が上死点にあるとき、トーチ15の先端が副燃焼室12の凹所18に少し入り込むように設定している。これにより、第1火炎噴出穴16及び第2火炎噴出穴17をできるだけ下げて、タンブル流との接触性を向上できる。
A
(2).作用の説明
図3に示すように、吸気バルブ10が開いた吸気行程及び圧縮行程で、吸気ポート8から噴出した吸気は、シリンダヘッド3の凹所5を舐めるように流れてシリンダボア4に流入し、シリンダボア4の内面のガイド作用によって下向きに方向変換するタンブル流19を生成する。シリンダボア4の内面のガイド作用によって下向きに方向変換したタンブル流19は、シリンダヘッド3の頂面を舐めるようにして吸気ポート8の側に方向変換し、ついで、ピストン7の上昇によって上向きに変換する。
(2) Explanation of action As shown in FIG. 3, during the intake stroke and the compression stroke when the
そして、吸気ポート8が前後の吸気ポート8から主燃焼室6に噴出するにおいて、シリンダボア4のクランク軸線方向の間隔は、主燃焼室6の中心Oを越えると徐々に小さくなるため、前後の吸気ポート8から噴出した吸気は、平面視で前後の排気ポート9の間の部位に収束する傾向を呈しつつ下向きに方向変換していく。
When the
このため、図2(B)に実線で示すように、トーチ15の第1火炎噴出穴16に吸気が正面から流入する傾向を呈する一方、トーチ15の第2火炎噴出穴17は前後方向を向いているため、タンブル流が第2火炎噴出穴17の開口面を横切って流れる傾向を呈する。
Therefore, as shown by the solid line in FIG. 2(B), the intake air tends to flow into the first
このため、エゼクタ効果が生じて、負圧によって第2火炎噴出穴17から残留ガスが吸引される。従って、第1火炎噴出穴16から流入した吸気の押し作用と第2火炎噴出穴17からの引き作用により、トーチ15の内部で、吸気が第1火炎噴出穴16から流入して第2火炎噴出穴17から逃げる流れが生成され、この流れに乗って、副燃焼室12の内部に残留していた残留ガスが掃気されると共に、副燃焼室12の内部に吸気(新気、混合気)が充満する。
As a result, an ejector effect is produced, and the residual gas is sucked from the second flame ejection holes 17 by the negative pressure. Therefore, due to the pushing action of the intake air flowing from the first
従って、副燃焼室12での燃焼を確実化して、機関の安定した運転を実現できる。その結果、混合気がリーン気味であったり、EGRガスの割合が多かったりしても、安定した運転を維持できる。
Therefore, combustion in the
そして、燃焼によって副燃焼室12の内部に生成された火炎は、図2(B)に点線矢印で示すように、第1火炎噴出穴16から広がりながら主燃焼室6に噴出していくが、第1火炎噴出穴16は主燃焼室6の中心Oに向かうように開口しているため、主燃焼室6に充満している混合気に一気に着火できる。
The flame generated inside the
つまり、トーチ15が主燃焼室6の中心部に配置されていると、火炎は放射方向に噴出するため、いわば火炎がドーナツ状に伝播するのに対して、本実施形態では、火炎は主燃焼室6の中央部を横切るようにして飛散・拡散するため、混合気の燃焼は中心から放射方向に向かって一気に広がるのであり、これにより、燃焼速度を速めて完全燃焼化に貢献できる。その結果、出力の向上に貢献できると共に、排気ガスのクリーン化も促進できる。
In other words, when the
また、トーチ15は主燃焼室6の中心Oから離れているため、第1火炎噴出穴16から噴出した火炎は長い距離を飛んでいく。このため、第1火炎噴出穴16から噴出した火炎はシリンダボア4の内面に至る前に消滅してしまい、シリンダボア4に内面に当たることはない。従って、火炎の熱がシリンダボア4に奪われて冷却損失が発生することはない。
Also, since the
他方、第2火炎噴出穴17からは火炎がクランク軸線方向に噴出するが、第2火炎噴出穴17は小径で噴出する火炎の長さも短いため、シリンダボア4の内面に火炎が接触しても失う熱は僅かである。従って冷却損失は殆どないといえる。
On the other hand, the second
なお、圧縮行程では、タンブル流が変形して、主燃焼室6の軸心側から吸気ポート8の側に向かう流れも生成される。そこで、副燃焼室12を前後の吸気ポート8の間の部位に配置することも可能である。但し、主燃焼室6の軸心側から吸気ポート8の側に向かう流れが生成される時間は短いため、掃気の確実性の点では、排気ポート9の近くに配置するのが好適である。
Note that in the compression stroke, the tumble flow is deformed, and a flow directed from the axial center side of the
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、実施形態は吸気ポートから供給された吸気を副燃焼室に取り込んで燃焼させているが、副燃焼室に専用の燃料噴射インジェクタを設けることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, in the embodiment, the intake air supplied from the intake port is taken into the sub-combustion chamber and burned, but it is also possible to provide a dedicated fuel injection injector in the sub-combustion chamber.
本願発明は、副燃焼室付き内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in an internal combustion engine with a secondary combustion chamber. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 主燃焼室を構成するシリンダボア
5 主燃焼室を構成する凹所
6 主燃焼室
7 ピストン
8 吸気ポート
9 排気ポート
10 吸気バルブ
12 副燃焼室
13 点火プラグ
14 ハウジング
15 トーチ
16 第1火炎噴出穴
17 第2火炎噴出穴
1
Claims (1)
かつ、前記シリンダヘッドに、前記主燃焼室に露出したトーチを有する副燃焼室が設けられており、前記トーチに火炎噴出穴が形成されている構成であって、
前記副燃焼室は、点火プラグを備えると共に前記主燃焼室の中心を挟んで排気側又は吸気側の部位でかつ前記トーチが前記タンブル流に晒される位置に配置されており、前記トーチに、前記主燃焼室の中心の側のみに向いてタンブル流と対向するように開口した第1火炎噴出穴と、前記タンブル流の流れと交叉した方向に開口した一対の第2火炎噴出穴とが形成されており、前記第1火炎噴出穴が第2火炎噴出穴よりも大径に形成されている、
副燃焼室付き内燃機関。 The cylinder head and the cylinder block form a main combustion chamber with an intake port and an exhaust port that are open , and the intake air jetted from the intake port generates a tumble flow in the main combustion chamber,
Further, the cylinder head is provided with an auxiliary combustion chamber having a torch exposed to the main combustion chamber, and the torch is formed with a flame ejection hole,
The sub-combustion chamber is provided with a spark plug and is arranged at a position on the exhaust side or the intake side across the center of the main combustion chamber and at a position where the torch is exposed to the tumble flow . A first flame ejection hole that faces only the center of the main combustion chamber and faces the tumble flow, and a pair of second flame ejection holes that open in a direction crossing the tumble flow are formed. wherein the first flame ejection hole is formed to have a larger diameter than the second flame ejection hole,
Internal combustion engine with auxiliary combustion chamber.
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