JPH0791256A - 副室式火花点火エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点火プラグの周囲に濃い混合気を供給でき、
確実に点火して燃焼室内の他の希薄混合気を燃焼させる
ことができる、副室式火花点火エンジンの燃料噴射装置
を提供する。 【構成】 シリンダヘッド２に形成した副室１３に、点
火プラグ１４を配置するとともに燃料噴射ノズル１６の
噴口１７を臨ませる。燃料噴射ノズル１６からの燃料噴
射方向Ｄを、副室内面１９と直交しかつ点火プラグ１４
が位置する仮想平面Ｐに一致させる。 【効果】 燃料噴射ノズル１６から噴射された燃料は、
副室１３内に流入する希薄混合気１８により偏向される
が、仮想平面Ｐ上を副室内面１９に沿って進み、点火プ
ラグ１４の周囲に供給される。この結果、点火可能な濃
い混合気層を形成でき、火炎伝播により他の希薄混合気
を確実に燃焼できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副室に点火プラグと燃
料噴射ノズルの噴口を配置した火花点火エンジンの燃料
噴射装置に関し、副室内の点火プラグの周囲に濃混合気
層を容易に形成でき、希薄燃焼にあっても確実に点火で
きる燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】火花点火式エンジンには、気化器等で形
成した混合気を燃焼室に案内する外部混合気形成方式の
ものがあるが、この方式では空気と燃料との混合比率を
正確に制御し難いうえ、特にガスエンジンにおいてはシ
リンダ内に吸入される混合気は燃料分だけ空気の体積が
少なくなる問題がある。また、２サイクルエンジンで
は、吸入した混合気により燃焼後のガスを掃気するた
め、混合気中の燃料が未燃焼のままシリンダ外へ排出さ
れ易く、燃料の損失を生じるうえ、排気ガス中の有害成
分を増加させる問題もある。

【０００３】

【従来の技術】従来、これらの問題点を解消したエンジ
ンとしては、図５に示すように、エンジン(Ｅ)のシリン
ダヘッド(57)に副室(51)を形成し、この副室(51)に点火
プラグ(58)と燃料噴射ノズル(52)の噴口(53)とを配置し
た副室式火花点火エンジンがある。即ち、この副室式火
花点火２サイクルエンジン(Ｅ)は、シリンダ(54)の周側
壁に掃気口(55)と排気口(56)とを設け、シリンダヘッド
(57)の下面に副室(51)を凹設してシリンダ(54)内に臨ま
せ、この副室(51)に点火プラグ(58)を螺着するととも
に、副室(51)上壁中央に燃料噴射ノズル(52)の噴口(53)
を臨ませてあり、噴射した燃料がシリンダ(54)内に均一
拡散するように、燃料噴射ノズル(52)からの燃料噴射方
向をシリンダ(54)内全面に向けて広がる方向に設定して
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、燃焼室内の混
合気を希薄にして燃焼させると、熱効率が向上するうえ
排気ガス中に含まれる有害成分が減少するが、この希薄
混合気を確実に燃焼させる成層燃焼法では、点火プラグ
の周囲に点火可能な濃い混合気を供給し、この濃い混合
気の燃焼火炎を伝播させて他の希薄混合気を燃焼させる
必要がある。しかしながら、上記従来技術では、圧縮行
程で副室(51)に向けて押し込められる希薄混合気に対向
して、点火直前に燃料噴射ノズル(52)の噴口(53)から燃
料を噴射しても、燃料噴射方向をシリンダ(54)内全面に
向けて広がる方向に設定してあることから、点火直前に
噴射した燃料は副室(51)内に均一拡散され、点火プラグ
(58)の周囲に濃い混合気層を形成することが困難であ
る。

【０００５】この結果、上記従来技術では、希薄燃焼の
場合に混合気を確実に燃焼させることができず、燃焼が
不安定となってエンジンの出力が低下する問題がある。
これを解消するため、燃料の噴射量を多くするなどして
混合気の濃度を濃くすると、熱効率が低下するだけでな
く、排気ガス中に含まれる有害成分が増加する問題があ
る。本発明は、上記問題点を解消し、燃焼室内の混合気
を希薄状態で燃焼させる希薄燃焼において、点火プラグ
の周囲に濃い混合気を供給でき、確実に点火して希薄混
合気を燃焼させることができる、副室式火花点火エンジ
ンの燃料噴射装置を提供することを技術的課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は次のように構成したことを特徴とする。即
ち、エンジンのシリンダ内に連通させて副室をシリンダ
ヘッドに形成し、この副室に点火プラグを配置するとと
もに燃料噴射ノズルの噴口を臨ませた副室式火花点火エ
ンジンの燃料噴射装置において、燃料噴射ノズルからの
燃料噴射方向を、副室の内面と直交しかつ点火プラグが
位置する仮想平面に一致させたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】点火直前に燃料噴射ノズルから噴射された燃料
は上記仮想平面上を進み、シリンダ内から副室内へ流入
してくる希薄混合気により、その進行方向が副室内面側
へ偏向される。このとき、上記仮想平面が副室内面に直
交していることから、上記点火直前に噴射された燃料
は、この仮想平面上を副室内面に沿って進み、この仮想
平面上に位置する点火プラグの周囲に供給される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて述べ
る。図１から図３は実施例１を示し、図１は副室式火花
点火２サイクルガスエンジンの燃焼室周辺の縦断正面
図、図２は副室周辺の縦断斜視図、図３は燃料噴射時期
とバルブタイミングを表す説明図である。

【０００９】図１に示すように、この２サイクルガスエ
ンジン(Ｅ)はシリンダブロック(１)の上方にシリンダヘ
ッド(２)及びヘッドカバー(３)を順次固定し、シリンダ
ブロック(１)に形成したシリンダ(４)内にピストン(５)
を上下移動可能に配設してある。

【００１０】シリンダヘッド(２)には吸・排気ポート
(６・７)をシリンダ(４)に臨ませて形成してあり、その
端部に吸・排気弁(８・９)を装着して動弁機構(10)によ
り開閉制御するように構成してある。なお、符号(4a)は
シリンダライナを示す。

【００１１】シリンダヘッド(２)の下面の一端寄部に
は、副室(13)をドーム状に凹設してシリンダ(４)内に連
通させてあり、この副室(13)の内壁に点火プラグ(14)を
螺着し、点火プラグ螺着位置の内側に直線状の燃料噴射
路(15)を形成してその上端に燃料噴射ノズル(16)を取り
付けてある。この燃料噴射ノズル(16)の噴口(17)は、こ
の燃料噴射路(15)を介して副室(13)とシリンダ(４)内の
主燃焼室(12)とに臨ませてある。

【００１２】図２に示すように、燃料噴射ノズル(16)か
らの燃料噴射方向(Ｄ)は、上記燃料噴射路(15)によりシ
リンダ軸心(Ｌ)とほぼ平行に設定してあり、シリンダ
(４)内の周縁寄り部を通過してピストン(５)上面に向か
う。また、この燃料噴射方向(Ｄ)は、副室(13)の内面(1
9)と直交しかつ点火プラグ(14)が位置する仮想平面(Ｐ)
に一致させてある。なお、符号(20)は絞り部を示し、副
室(13)の下面(19ａ)を構成している。この絞り部(20)を
用いない場合は、シリンダブロック上壁(1a)の一部で副
室(13)の下面が構成されるが、本実施例１のように絞り
部(20)を用いると、副室(13)の下面(19ａ)を傾斜させ
て、副室(13)内とシリンダ(４)内とを円滑に連通させる
ことができる。

【００１３】次に、本実施例１の燃料噴射装置の作動を
説明すると、図３に示すように、ピストン(５)が下死点
(Ｂ)から上死点(Ｔ)に向かう間に、燃料噴射ノズル(16)
から燃料が２回に分けて噴射される。

【００１４】即ち、ピストン(５)は上死点(Ｔ)と下死点
(Ｂ)の間を往復移動しており、下死点(Ｂ)に達する前の
排気弁開弁時期(ａ)で膨張行程(Ｕ)を終了し、排気行程
(Ｖ)を開始する。そして、吸気弁開弁時期(ｂ)で掃気
(Ｗ)を開始し、下死点(Ｂ)を通過したのち、排気弁閉弁
時期(ｃ)で排気行程(Ｖ)と掃気(Ｗ)とを終了する。その
後、ピストン(５)がシリンダ(４)内の下方位置にある間
の、吸気弁閉弁時期(ｄ)で吸気弁(８)を閉じ、圧縮行程
(Ｘ)とともに１次燃料噴射(Ｙ)を開始する。この１次燃
料噴射(Ｙ)は上死点(Ｔ)前９０〜７０度のクランク角度
時期(ｅ)までに行い、１次噴射した燃料は、シリンダ
(４)内に吸入された空気と十分に混合される。なお、こ
の１次燃料噴射(Ｙ)は燃料の噴射量が少なく、シリンダ
(４)内には希薄度の高い混合気が形成される。

【００１５】また、上記１次燃料噴射(Ｙ)された燃料
は、直線状の燃料噴射路(15)を通過してシリンダ軸心
(Ｌ)とほぼ平行に進み、シリンダ(４)内下方のピストン
(５)上面に向かう。このとき、燃料噴射方向(Ｄ)が拡散
されないため、シリンダ(４)内の空気中を貫通する力が
強く、燃料ガスが水素成分の多い軽量のガスであって
も、噴射圧力によりピストン(５)上面にまで十分に到達
させることができる。従って、燃料ガスには、都市ガス
やプロパンガスをはじめ、水素ガスなど、各種の可燃性
ガスを適用することができる。

【００１６】点火プラグ(14)による点火時期(ｈ)はクラ
ンク角度が上死点(Ｔ)前３０〜１０度のクランク角度位
置に設定してあり、この点火時期(ｈ)の直前で圧縮行程
(Ｘ)の後半に、２次噴射開始時期(ｆ)と２次噴射終了時
期(ｇ)とが設定してあり、この間で燃料噴射ノズル(16)
から２次燃料噴射(Ｚ)を行う。

【００１７】この２次燃料噴射(Ｚ)により副室(13)内で
点火プラグ(14)の周囲に点火可能な濃い混合気を形成す
る。即ち、図１に示すように、圧縮行程(Ｘ)でのピスト
ン(５)の上昇に伴って、シリンダ(４)内の希薄混合気は
副室(13)内へ押し込められる。そして点火時期(ｈ)の直
前に燃料噴射ノズル(16)から燃料を２次噴射する。この
２次燃料噴射(Ｚ)により噴射した燃料は、副室(13)に押
し入ってくる希薄混合気(18)によりその進行方向が副室
(16)の内面(19)側へ偏向される。このとき、燃料噴射方
向(Ｄ)と一致した前記仮想平面(Ｐ)が副室内面(19)に直
交していることから、上記２次燃料噴射(Ｚ)で噴射され
た燃料は、この仮想平面(Ｐ)上を副室内面(19)に沿って
進み、この結果、この仮想平面(Ｐ)上に位置する点火プ
ラグ(14)の周囲に供給され、点火プラグ(14)の周囲に濃
い混合気層を形成する。

【００１８】この点火プラグ(14)の周囲に供給された濃
い混合気は、点火時期(ｈ)に容易に点火され、この燃焼
火炎の伝播により副室(13)内に流入した希薄混合気(18)
及び主燃焼室(12)内の希薄混合気を燃焼させて膨張行程
(Ｕ)を開始する。そして、上記各行程(Ｕ〜Ｚ)を順次繰
り返すことにより、エンジン(Ｅ)の運転が継続される。

【００１９】一方、図４は本発明の実施例２を示し、燃
料噴射ノズル(16)を点火プラグ(14)螺着位置よりも外側
に取り付けたものである。燃料噴射ノズル(16)からの燃
料噴射方向(Ｄ)は、シリンダ軸心と交差する方向に設定
してあるが、上記実施例１と同様、副室(13)の内面(19)
と直交しかつ点火プラグ(14)が位置する仮想平面(Ｐ)に
一致させてある。また、燃料噴射路(15)は上記実施例１
に比べ短く形成してあるが、燃料噴射ノズル(16)からの
燃料噴射方向(Ｄ)を上記方向に設定してありさえすれ
ば、この燃料噴射路を省略することもできる。

【００２０】上記実施例１及び２は、いずれも副室式火
花点火２サイクルガスエンジンについて説明したが、本
発明は副室式火花点火エンジンであればいずれの形式の
エンジンでもよく、４サイクルエンジンやガソリンエン
ジンに適用できることはいうまでもない。

【００２１】また、上記実施例１及び２では、副室をシ
リンダヘッドの下面の一端寄部に凹設したが、シリンダ
上部の中央寄部に形成してシリンダ内と連通させてもよ
い。さらに、副室の形状はドーム状に限らず、球状等に
形成してもよいが、本実施例１及び２のようにドーム状
に形成すると製作が容易である。一方、上記実施例１及
び２では、燃料噴射方向を一致させる仮想平面をシリン
ダ軸心に平行な方向に設定したが、副室を例えば球状に
形成した場合などではシリンダ軸心と傾斜する方向に設
定することもできる。

【００２２】

【発明の効果】燃料噴射ノズルから噴射された燃料は、
副室内面に沿って仮想平面上を進み、この仮想平面上に
位置する点火プラグの周囲に供給されることから、燃料
の噴射量を少なくしてシリンダ室内の混合気の希薄度を
高めた場合にも、点火プラグの周囲に点火可能な濃い混
合気層を形成でき、この混合気の点火により生じた燃焼
火炎を伝播させて、主燃焼室内の希薄混合気を確実に燃
焼させることができる。この結果、希薄混合気を安定し
て燃焼できるのでエンジンの出力低下を招くことがな
く、しかも希薄燃焼により熱効率の向上を図るととも
に、排気ガス中に含まれる有害成分を削減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す副室式火花点火２サイクルガス
エンジンの燃焼室周辺の縦断正面図である。

【図２】副室周辺の縦断斜視図である。

【図３】燃料噴射時期とバルブタイミングを表す説明図
である。

【図４】実施例２を示す図１相当図である。

【図５】従来技術を示すエンジンの燃焼室周辺の概略縦
断正面図である。

【符号の説明】

２…シリンダヘッド、４…シリンダ、13…副室、14…点
火プラグ、16…燃料噴射ノズル、17…噴口、19…副室の
内面、Ｄ…燃料噴射方向、Ｅ…副室式火花点火エンジン
(２サイクルガスエンジン)、Ｐ…仮想平面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０２ Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン(Ｅ)のシリンダ(４)内に連通さ
   せて副室(13)をシリンダヘッド(２)に形成し、この副室
   (13)に点火プラグ(14)を配置するとともに燃料噴射ノズ
   ル(16)の噴口(17)を臨ませた副室式火花点火エンジンの
   燃料噴射装置において、 燃料噴射ノズル(16)からの燃料噴射方向(Ｄ)を、副室(1
   3)の内面(19)と直交しかつ点火プラグ(14)が位置する仮
   想平面(Ｐ)に一致させたことを特徴とする、副室式火花
   点火エンジンの燃料噴射装置。