JPH07229423A - 火花点火内燃機関の二段燃焼室構造とその燃焼方式 - Google Patents
火花点火内燃機関の二段燃焼室構造とその燃焼方式Info
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- JPH07229423A JPH07229423A JP5976594A JP5976594A JPH07229423A JP H07229423 A JPH07229423 A JP H07229423A JP 5976594 A JP5976594 A JP 5976594A JP 5976594 A JP5976594 A JP 5976594A JP H07229423 A JPH07229423 A JP H07229423A
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- Japan
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- mixture
- air
- internal combustion
- combustion engine
- combustion chamber
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】層状混合気展開と中心域点火方式によりノッキ
ング現象の発生を抑え、高圧縮比化と希薄混合気燃焼を
実現し、吸気絞り抵抗を減ずることにより機関熱効率の
向上と排気の低公害化を図る。 【構成】シリンダーヘッド中心域に混合気供給用弁２を
設け、この弁を囲むごとくに燃焼室内に環状仕切り壁部
５を構成して中心区画域１４とし、その外側域に複数の
吸・排気弁３，４を設け、中心区画域内に点火用電極火
花放電部８を配備した構成である。
ング現象の発生を抑え、高圧縮比化と希薄混合気燃焼を
実現し、吸気絞り抵抗を減ずることにより機関熱効率の
向上と排気の低公害化を図る。 【構成】シリンダーヘッド中心域に混合気供給用弁２を
設け、この弁を囲むごとくに燃焼室内に環状仕切り壁部
５を構成して中心区画域１４とし、その外側域に複数の
吸・排気弁３，４を設け、中心区画域内に点火用電極火
花放電部８を配備した構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガス並びに気化予混合燃
料火花点火機関と、その燃焼方式に関する。
料火花点火機関と、その燃焼方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室内に燃料と空気の予混合気を供給
し、これを火花点火で着火し火炎伝播燃焼による熱発生
により、ピストンを駆動する火花点火方式ガソリン機関
が自動車用エンジンの主流となっている。
し、これを火花点火で着火し火炎伝播燃焼による熱発生
により、ピストンを駆動する火花点火方式ガソリン機関
が自動車用エンジンの主流となっている。
【０００３】このエンジン燃焼方式の問題点は、予混合
気が燃料と空気との混合割合、所謂Ａ／Ｆによって火花
による着火範囲が制限を受けることや、燃焼室空間の隅
々まで燃料混合気が展開されることにより、点火の条件
や空燃比条件によって激しい端域でのノッキング現象が
発生することにある。
気が燃料と空気との混合割合、所謂Ａ／Ｆによって火花
による着火範囲が制限を受けることや、燃焼室空間の隅
々まで燃料混合気が展開されることにより、点火の条件
や空燃比条件によって激しい端域でのノッキング現象が
発生することにある。
【０００４】これらによって従来のＥＦＩガソリンエン
ジンは、熱効率に有利な高圧縮比の採用が出来なく、か
つ排ガスクリーン化に有効な希薄燃焼や中心域のプラグ
近傍に混合気域を集中的に形成する層状的混合気展開を
容易に行なうことが出来ない、したがって自動車用ガソ
リンエンジンの熱効率や走行燃費は足踏み状態にあり、
これを打開するための新技術が求められている。
ジンは、熱効率に有利な高圧縮比の採用が出来なく、か
つ排ガスクリーン化に有効な希薄燃焼や中心域のプラグ
近傍に混合気域を集中的に形成する層状的混合気展開を
容易に行なうことが出来ない、したがって自動車用ガソ
リンエンジンの熱効率や走行燃費は足踏み状態にあり、
これを打開するための新技術が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は燃焼室内に
機関の要求する負荷度に応じた規模の燃焼が行なえるよ
うな層状的混合気域の形成と、燃料・空気比率の自在な
制御を目的とし、これを燃焼室形状と、混合気の供給手
段、ならびに点火手段の組み合わせにより行ない、機関
の高熱効率化と排気低公害化を達成することにある。
機関の要求する負荷度に応じた規模の燃焼が行なえるよ
うな層状的混合気域の形成と、燃料・空気比率の自在な
制御を目的とし、これを燃焼室形状と、混合気の供給手
段、ならびに点火手段の組み合わせにより行ない、機関
の高熱効率化と排気低公害化を達成することにある。
【０００６】
【問題を解決するための手段】本発明は開放的燃焼室の
中心域を環状壁によって小区画域として形成し、その内
部に混合気供給弁を配備した区画壁付燃焼室構造とし、
機関の低負荷時には主に燃焼室中心域の小区画域におい
て、部分負荷時用小量混合気群の積極的展開を図ること
とし、高負荷時においてはその外周域に中心域より薄い
混合気を供給し、更にその外域を空気層とする層状混合
気形態を構成するものである。
中心域を環状壁によって小区画域として形成し、その内
部に混合気供給弁を配備した区画壁付燃焼室構造とし、
機関の低負荷時には主に燃焼室中心域の小区画域におい
て、部分負荷時用小量混合気群の積極的展開を図ること
とし、高負荷時においてはその外周域に中心域より薄い
混合気を供給し、更にその外域を空気層とする層状混合
気形態を構成するものである。
【０００６】即ち、中心域区画燃焼室構造と、その外側
の混合気供給弁・空気供給弁の設置条件並びにその開閉
タイミングを変化させることにより、燃焼室内に任意な
混合気域を形成すること、並びに燃焼室中心域よりの点
火を実現しうる技術の具体的手段と、そのエンジンに関
するものである。
の混合気供給弁・空気供給弁の設置条件並びにその開閉
タイミングを変化させることにより、燃焼室内に任意な
混合気域を形成すること、並びに燃焼室中心域よりの点
火を実現しうる技術の具体的手段と、そのエンジンに関
するものである。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図について説明すると次の
ごとくである。図１・図２に示すごとく、燃焼室を構成
するシリンダーヘッド面（１）には中心軸域に混合気供
給弁 （２） が設けられ、その外側域に複数個の給気
弁（３・３´）、排気弁（４・４´）が設けられてい
る。
ごとくである。図１・図２に示すごとく、燃焼室を構成
するシリンダーヘッド面（１）には中心軸域に混合気供
給弁 （２） が設けられ、その外側域に複数個の給気
弁（３・３´）、排気弁（４・４´）が設けられてい
る。
【０００８】中心域の混合気供給弁とその外側に設置さ
れた給気・排気弁間は、中心混合気弁を囲成するごとく
円筒状に突出した壁部（５）によって仕切りが設けら
れ、中心域に小区画を形成している。
れた給気・排気弁間は、中心混合気弁を囲成するごとく
円筒状に突出した壁部（５）によって仕切りが設けら
れ、中心域に小区画を形成している。
【０００９】この円筒状の仕切り壁部（５）はピストン
上死点において構成される燃焼室断面空間の中心域にま
で端部が達するごとくに小区画域を形成し、その先端域
には点火電極用切欠部（６）と複数の小連通孔（８）が
形成されている。
上死点において構成される燃焼室断面空間の中心域にま
で端部が達するごとくに小区画域を形成し、その先端域
には点火電極用切欠部（６）と複数の小連通孔（８）が
形成されている。
【００１０】点火栓は図３に示すごとく、電極の火花放
電部（８）が可及的に燃焼室中心域に近接するように入
射角θを有して設けられ、電極放電部が円筒仕切り壁の
切欠部（６）より円筒内域の混合気に着火しうるよう設
定されている。
電部（８）が可及的に燃焼室中心域に近接するように入
射角θを有して設けられ、電極放電部が円筒仕切り壁の
切欠部（６）より円筒内域の混合気に着火しうるよう設
定されている。
【００１１】混合気供給弁は給気路（９）によって気化
器またはＥＦＩ等の混合気供給用装置（１０）に連接さ
れている。
器またはＥＦＩ等の混合気供給用装置（１０）に連接さ
れている。
【００１２】外側域の弁も各々の流路により吸気・排気
流路に連繋するものであるが、本実施例においては給気
弁に関しては中心域以外の２ケの内、１ケが希薄混合気
供給装置（１１）に接続され、他の弁（１２）は空気の
みが供給されるよう設定されている。
流路に連繋するものであるが、本実施例においては給気
弁に関しては中心域以外の２ケの内、１ケが希薄混合気
供給装置（１１）に接続され、他の弁（１２）は空気の
みが供給されるよう設定されている。
【００１３】各弁の作動は動弁機構（図示せず）によっ
て、その開閉タイミングを可変しうるカム装置（１３）
により、閉用バネに抗して駆動するごとくになってい
る。
て、その開閉タイミングを可変しうるカム装置（１３）
により、閉用バネに抗して駆動するごとくになってい
る。
【００１４】
【作 用】混合気や空気の供給は作用模式図３に示すご
とく、ピストンの下降する負圧吸気行程において行なわ
れる。中心域の混合気供給弁からの混合気空燃比をスト
イキより濃くし、他の給気弁開度より遅らせて開弁する
ことによれば、外筒仕切り部によって拡散が抑制される
ことにより、燃焼室中心域に燃料密度の多い混合気の展
開が可能となり、この仕切り内部は充分火花で着火可能
な混合気域が形成されることになる。
とく、ピストンの下降する負圧吸気行程において行なわ
れる。中心域の混合気供給弁からの混合気空燃比をスト
イキより濃くし、他の給気弁開度より遅らせて開弁する
ことによれば、外筒仕切り部によって拡散が抑制される
ことにより、燃焼室中心域に燃料密度の多い混合気の展
開が可能となり、この仕切り内部は充分火花で着火可能
な混合気域が形成されることになる。
【００１５】即ち、次の圧縮作用により空気混入が促進
されても、中心混合気供給弁より濃いめの混合気を供給
すれば、圧縮作用時でも円筒壁内部の混合気の拡散は仕
切り壁によって阻害されるので、円筒内域には模式図４
のごとく火花により確実に着火しうる混合気域の形成
が、中心区画域において常時行なわれることになる。
されても、中心混合気供給弁より濃いめの混合気を供給
すれば、圧縮作用時でも円筒壁内部の混合気の拡散は仕
切り壁によって阻害されるので、円筒内域には模式図４
のごとく火花により確実に着火しうる混合気域の形成
が、中心区画域において常時行なわれることになる。
【００１６】したがって外側に位置する給気弁の１ケよ
り希薄混合気（Ｂ）をスワール状に供給し、他の１ケよ
り空気（Ｃ）のみを（外側に空気スワールを形成するご
とくに）供給すれば中心域を理論空燃比とし、その周域
を薄い空燃比の混合気が囲み、更にその外側を空気層と
した理想的層状給気形態が形成されることになる。
り希薄混合気（Ｂ）をスワール状に供給し、他の１ケよ
り空気（Ｃ）のみを（外側に空気スワールを形成するご
とくに）供給すれば中心域を理論空燃比とし、その周域
を薄い空燃比の混合気が囲み、更にその外側を空気層と
した理想的層状給気形態が形成されることになる。
【００１７】そして中心域よりの火花点火を行なえば、
理論的空燃比による確実・強力な火炎伝播反応が開始さ
れ、周域の薄い混合気域の反応が促進されることにな
る。
理論的空燃比による確実・強力な火炎伝播反応が開始さ
れ、周域の薄い混合気域の反応が促進されることにな
る。
【００１８】このような反応形態では気筒全体の空燃比
の希薄となることは必至であり、かくして超リーンバー
ン燃焼が実現される。
の希薄となることは必至であり、かくして超リーンバー
ン燃焼が実現される。
【００１９】本発明による確実な層状給気形態の構成
は、機関の熱効率向上手段として最も有効な圧縮比の向
上を可能とするものである。
は、機関の熱効率向上手段として最も有効な圧縮比の向
上を可能とするものである。
【００２０】その理由は、従来の火花点火方式機関にお
いて圧縮比上限を最大に制約していたノッキング現象が
回避されることにある。
いて圧縮比上限を最大に制約していたノッキング現象が
回避されることにある。
【００２１】
【効 果】即ち、燃焼室中心域に火花点火により確実に
火炎伝播しうる混合気域を有し、その外域を薄い混合気
で囲成し、更にその外域を空気のみとした層状給気の中
心域着火によれば、中心域の理論混合比に近接した域で
の火炎核と連鎖反応による火炎伝播は、その成長が強く
急速であり周域の薄い混合気の反応を促進する。更にそ
の外側である燃焼室壁面近傍は空気が主であることか
ら、エンドガスノッキング現象が生じない。
火炎伝播しうる混合気域を有し、その外域を薄い混合気
で囲成し、更にその外域を空気のみとした層状給気の中
心域着火によれば、中心域の理論混合比に近接した域で
の火炎核と連鎖反応による火炎伝播は、その成長が強く
急速であり周域の薄い混合気の反応を促進する。更にそ
の外側である燃焼室壁面近傍は空気が主であることか
ら、エンドガスノッキング現象が生じない。
【００２２】また、中心域点火により火炎伝播距離の均
等化が実現すること、火炎伝播の時系的短縮により燃焼
反応期間の短縮が実現され、ノッキング現象の抑制に有
効に作用している。
等化が実現すること、火炎伝播の時系的短縮により燃焼
反応期間の短縮が実現され、ノッキング現象の抑制に有
効に作用している。
【００２３】したがって、低オクタン燃料の使用も可能
となり、高オクタン燃料においては更に圧縮比を高める
ことで機関の高性能化を図ることが出来る。
となり、高オクタン燃料においては更に圧縮比を高める
ことで機関の高性能化を図ることが出来る。
【００２４】本発明における層状給気燃焼形態では、壁
面近傍のクエンチングエリアに燃料の展開が抑制される
ので、未燃焼燃料分（ＴＨＣ）の排出が少なく、更に超
希薄混合気燃焼によればＣＯ・ＮＯｘも同時に低減しう
ることになる。即ち、本燃焼技術によれば火花点火エン
ジンの高熱効率化と低公害化の両目的を同時に達成し得
るのである。
面近傍のクエンチングエリアに燃料の展開が抑制される
ので、未燃焼燃料分（ＴＨＣ）の排出が少なく、更に超
希薄混合気燃焼によればＣＯ・ＮＯｘも同時に低減しう
ることになる。即ち、本燃焼技術によれば火花点火エン
ジンの高熱効率化と低公害化の両目的を同時に達成し得
るのである。
【００２５】本発明は気筒中心軸域に混合気供給機構を
有し、燃焼室中心域を区画構造とした特徴を有すること
から、シリンダーヘッド弁構成が多弁化するが、中心域
の混合気供給機構をカセット的に嵌め込み構造とする
か、または区画仕切り壁部を燃焼室内にに別に装置する
かは自在である。また、区画仕切り部と中心弁をセラミ
ック等の電気絶縁体で一体構成とし、その一部に電気回
路と電極を構成することによれば、コスト的にも有利で
ある。
有し、燃焼室中心域を区画構造とした特徴を有すること
から、シリンダーヘッド弁構成が多弁化するが、中心域
の混合気供給機構をカセット的に嵌め込み構造とする
か、または区画仕切り壁部を燃焼室内にに別に装置する
かは自在である。また、区画仕切り部と中心弁をセラミ
ック等の電気絶縁体で一体構成とし、その一部に電気回
路と電極を構成することによれば、コスト的にも有利で
ある。
【００２６】従来自動車用機関等部分負荷域使用頻度の
多い機関では、部分負荷時においては吸気を絞る必要が
あり、このためポンプ損失・摩擦損失が増加し部分負荷
燃費の悪化を招いたが、本方式によれば部分負荷時には
空気を先行して吸入せしめることと、その後期に中心域
混合気供給弁より少量の混合気を供給することによれ
ば、中心区画域内部のみでの小規模反応が可能となるこ
とから、吸気絞りによる損失・ブレーキ作用が大幅に減
じ、結果的に走行燃費が大幅に改善されることになる。
多い機関では、部分負荷時においては吸気を絞る必要が
あり、このためポンプ損失・摩擦損失が増加し部分負荷
燃費の悪化を招いたが、本方式によれば部分負荷時には
空気を先行して吸入せしめることと、その後期に中心域
混合気供給弁より少量の混合気を供給することによれ
ば、中心区画域内部のみでの小規模反応が可能となるこ
とから、吸気絞りによる損失・ブレーキ作用が大幅に減
じ、結果的に走行燃費が大幅に改善されることになる。
【００２７】本発明はガソリン等の液体燃料のみならず
ＬＰＧ・ＬＮＧ・水素等、総ての気体燃料において有効
であり、コスト的に有利な特長を有するものである。
ＬＰＧ・ＬＮＧ・水素等、総ての気体燃料において有効
であり、コスト的に有利な特長を有するものである。
【００２８】
【図１】本発明の弁、吸・排気路構成を示すシリンダー
ヘッド部略図である。
ヘッド部略図である。
【図２】主に中心混合気供給弁機構を示す縦断面略図で
ある。
ある。
【図３】ピストン圧縮上死点における層状給気形態を示
す模式図である。
す模式図である。
【図４】吸気行程において層状給気パターンを形成する
各弁よりの流れ形態を示す模式図である。
各弁よりの流れ形態を示す模式図である。
【００２９】
１ … シリンダーヘッド面 ２ … 中心混合気供給弁 ３ … 薄い混合気供給弁 ３′… 空気供給弁 ４ … 排気弁 ４′… 排気弁 ５ … 仕切り壁部 ６ … 点火電極用切欠部 ７ … 連通孔 ８ … 火花放電部 ９ … 各給気路 １０ … 混合気供給用気化器またはＥＦＩ １１ … 薄い混合気供給装置 １２ … 空気 １３ … 可変カム装置 １４ … 中心区画域 Ａ ＝ 燃料密度の多い混合気群 Ｂ ＝ 燃料密度の少ない混合気層 Ｃ ＝ 空気スワール層
Claims (5)
- 【請求項１】 予混合気の供給と火花点火により作動す
るピストン内燃機関において、燃焼室中心域に混合気供
給弁を配備し、この混合気供給弁を囲成する外筒部をヘ
ッド側燃焼室壁内部に突出させることによって、燃焼室
内部を外筒部によって仕切り、小区画燃焼域を形成する
ことを特徴とした内燃機関。 - 【請求項２】 燃焼室内中心域に環状壁を突出させて、
小規模燃焼域を構成した火花点火方式機関において、仕
切り環状壁先端部に着火用電極を構成したこを特徴とし
た、前期特許請求範囲１記載の内燃機関。 - 【請求項３】 ヘッド中心部の混合気供給弁外側域に複
数の吸・排気弁を有する火花点火内燃機関において、吸
気動弁可変機構により各弁の開閉時期を可変し、運転条
件に応じた層状給気パターンを形成することを特徴とす
る層状給気方式内燃機関。 - 【請求項４】 燃焼室中心域の混合気供給弁ホルダー部
を耐熱絶縁性材料で構造し、その内部に電気回路を有し
先端部に放電用電極を構成した、前期特許請求範囲１記
載の火花点火内燃機関。 - 【請求項５】 ヘッド中心域に配備する混合気供給弁装
置と点火用電極を単体のホルダー状構成とし、これをカ
セット的にヘッド部に装着することを特徴とした前期特
許請求範囲１記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976594A JPH07229423A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 火花点火内燃機関の二段燃焼室構造とその燃焼方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976594A JPH07229423A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 火花点火内燃機関の二段燃焼室構造とその燃焼方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229423A true JPH07229423A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=13122706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5976594A Pending JPH07229423A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 火花点火内燃機関の二段燃焼室構造とその燃焼方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07229423A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007077954A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの始動装置 |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP5976594A patent/JPH07229423A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007077954A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの始動装置 |
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