JPH09324632A - ２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン - Google Patents
２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンInfo
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- JPH09324632A JPH09324632A JP8165119A JP16511996A JPH09324632A JP H09324632 A JPH09324632 A JP H09324632A JP 8165119 A JP8165119 A JP 8165119A JP 16511996 A JP16511996 A JP 16511996A JP H09324632 A JPH09324632 A JP H09324632A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、シリンダヘッドに中央燃焼室を形
成し、中央燃焼室でリッチ混合気で、主燃焼室をリーン
混合気で燃焼させ、燃焼室全体としてリーン混合気にし
て熱効率を向上させる２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンを提供する。 【解決手段】 本発明は、シリンダヘッド１２に中央燃
焼室２を形成し、ピストン上死点近傍で中央燃焼室２に
ピストン３の突出部６を突入させて開口３０との間に微
小隙間９を形成する。燃料噴射ノズル４からの燃料を中
央燃焼室２内に噴射できるように設定し、スパークプラ
グ５で中央燃焼室２内のリッチ混合気を点火する。主燃
焼室１へはコンプレッサからの圧縮空気を供給すること
によって、圧縮比と膨張比とをそれぞれ独立させ、膨張
行程で膨張比を大きく確保する。
成し、中央燃焼室でリッチ混合気で、主燃焼室をリーン
混合気で燃焼させ、燃焼室全体としてリーン混合気にし
て熱効率を向上させる２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンを提供する。 【解決手段】 本発明は、シリンダヘッド１２に中央燃
焼室２を形成し、ピストン上死点近傍で中央燃焼室２に
ピストン３の突出部６を突入させて開口３０との間に微
小隙間９を形成する。燃料噴射ノズル４からの燃料を中
央燃焼室２内に噴射できるように設定し、スパークプラ
グ５で中央燃焼室２内のリッチ混合気を点火する。主燃
焼室１へはコンプレッサからの圧縮空気を供給すること
によって、圧縮比と膨張比とをそれぞれ独立させ、膨張
行程で膨張比を大きく確保する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダヘッド
に形成された中央燃焼室に燃料噴射ノズル及びスパーク
プラグを設けた２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼
エンジンに関する。
に形成された中央燃焼室に燃料噴射ノズル及びスパーク
プラグを設けた２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼
エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、副燃焼室付２サイクルガソリン噴
射機関が、例えば、実開平４−２４６４２号公報に開示
されている。該副燃焼室付２サイクルガソリン噴射機関
は、副燃焼室の容積を全燃焼室の容積の３０％から７０
％程度とし、低負荷運転時には第１燃料噴射弁からガソ
リンを副燃焼室に噴射し、高負荷運転時には第１燃料噴
射弁に加えて第２燃料噴射弁から主燃焼室内にガソリン
を噴射させ、排気弁が閉弁する前に第１燃料噴射弁から
ガソリン噴射を開始させ、排気弁が閉弁した後に第２燃
料噴射弁からガソリン噴射を開始するものである。
射機関が、例えば、実開平４−２４６４２号公報に開示
されている。該副燃焼室付２サイクルガソリン噴射機関
は、副燃焼室の容積を全燃焼室の容積の３０％から７０
％程度とし、低負荷運転時には第１燃料噴射弁からガソ
リンを副燃焼室に噴射し、高負荷運転時には第１燃料噴
射弁に加えて第２燃料噴射弁から主燃焼室内にガソリン
を噴射させ、排気弁が閉弁する前に第１燃料噴射弁から
ガソリン噴射を開始させ、排気弁が閉弁した後に第２燃
料噴射弁からガソリン噴射を開始するものである。
【０００３】また、特開平３−１００３１６号公報に開
示された２ストロークエンジンの燃料噴射装置は、シリ
ンダより上方の燃焼室壁に掃気ポートが開口し、エンジ
ンに同期して掃気ポートを開閉する掃気バルブを備え、
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設け、燃料噴
射弁から噴射される燃料噴霧の中心線を掃気ポートから
燃焼室に流入する掃気流と交差させ、点火栓の近傍に向
けたものである。
示された２ストロークエンジンの燃料噴射装置は、シリ
ンダより上方の燃焼室壁に掃気ポートが開口し、エンジ
ンに同期して掃気ポートを開閉する掃気バルブを備え、
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設け、燃料噴
射弁から噴射される燃料噴霧の中心線を掃気ポートから
燃焼室に流入する掃気流と交差させ、点火栓の近傍に向
けたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ガソリンエン
ジンでは、燃料と空気とを混合して生成した混合気にス
パークプラグにより点火して混合気を着火燃焼させる
が、混合気は理論混合気でなければ良好な着火燃焼がで
きない。従って、ガソリンエンジンは、燃料を着火燃焼
させるため、理論混合気を生成し、生成した理論混合気
に対してスパークプラグで点火し、燃料を着火燃焼させ
ている。しかしながら、燃料を理論混合気で燃焼させた
場合、理論熱効率は混合気が薄い方が良くなるため、燃
費を良くすることはできない。一方、エンジンの理論熱
効率は圧縮比（膨張比）による影響も大きく、理論熱効
率は圧縮比が高い程良化する。しかし、圧縮比を高くす
ると、摩擦損失が増大するため、圧縮比の最適値が有
り、一般に、圧縮比が１５〜１６が良い。しかし、ガソ
リンエンジンでは、ノッキングの問題から圧縮比を高く
することはできず、これが燃費を悪化する大きな要因と
なっている。
ジンでは、燃料と空気とを混合して生成した混合気にス
パークプラグにより点火して混合気を着火燃焼させる
が、混合気は理論混合気でなければ良好な着火燃焼がで
きない。従って、ガソリンエンジンは、燃料を着火燃焼
させるため、理論混合気を生成し、生成した理論混合気
に対してスパークプラグで点火し、燃料を着火燃焼させ
ている。しかしながら、燃料を理論混合気で燃焼させた
場合、理論熱効率は混合気が薄い方が良くなるため、燃
費を良くすることはできない。一方、エンジンの理論熱
効率は圧縮比（膨張比）による影響も大きく、理論熱効
率は圧縮比が高い程良化する。しかし、圧縮比を高くす
ると、摩擦損失が増大するため、圧縮比の最適値が有
り、一般に、圧縮比が１５〜１６が良い。しかし、ガソ
リンエンジンでは、ノッキングの問題から圧縮比を高く
することはできず、これが燃費を悪化する大きな要因と
なっている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、中央燃焼室をピストンの
突出部でほぼ閉塞させたタイミングで主燃焼室に圧縮空
気を供給し、次いで燃料噴射ノズルから中央燃焼室に燃
料を噴射し、中央燃焼室に空気過剰率１以上のリッチ混
合気（以下、リーン混合気と区別するため、リッチ混合
気という）を生成すると共に主燃焼室にリーン混合気を
生成し、リッチ混合気に対してスパークプラグを点火
し、燃料を着火燃焼させて膨張させ、圧縮比と膨張比と
をそれぞれ独立させて作動し、ノッキングの発生を防止
して高い膨張比を確保して熱効率を高めると共に、ＮＯ
X の発生を低減し、小型で高出力を確保できる２ストロ
ーク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンを提供すること
である。
の課題を解決することであり、中央燃焼室をピストンの
突出部でほぼ閉塞させたタイミングで主燃焼室に圧縮空
気を供給し、次いで燃料噴射ノズルから中央燃焼室に燃
料を噴射し、中央燃焼室に空気過剰率１以上のリッチ混
合気（以下、リーン混合気と区別するため、リッチ混合
気という）を生成すると共に主燃焼室にリーン混合気を
生成し、リッチ混合気に対してスパークプラグを点火
し、燃料を着火燃焼させて膨張させ、圧縮比と膨張比と
をそれぞれ独立させて作動し、ノッキングの発生を防止
して高い膨張比を確保して熱効率を高めると共に、ＮＯ
X の発生を低減し、小型で高出力を確保できる２ストロ
ーク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンを提供すること
である。
【０００６】この発明は、シリンダヘッドに形成された
中央燃焼室、シリンダ内を往復動してピストン上死点近
傍で前記中央燃焼室の開口に突入して開口周縁との間に
微小隙間を形成できる突出部を備えたピストン、前記ピ
ストンの前記突出部の回りで前記シリンダ側に形成され
る主燃焼室、前記ピストンの前記突出部による前記中央
燃焼室の前記開口の閉塞期間中に前記主燃焼室に圧縮空
気を供給する圧縮空気供給手段、前記ピストンの前記突
出部による前記中央燃焼室の前記開口の閉塞期間中に前
記中央燃焼室に燃料を噴射する前記シリンダヘッドに配
置した燃料噴射ノズル、及び前記中央燃焼室内の混合気
を点火できるように前記シリンダヘッドに配置したスパ
ークプラグ、から成る２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンに関する。
中央燃焼室、シリンダ内を往復動してピストン上死点近
傍で前記中央燃焼室の開口に突入して開口周縁との間に
微小隙間を形成できる突出部を備えたピストン、前記ピ
ストンの前記突出部の回りで前記シリンダ側に形成され
る主燃焼室、前記ピストンの前記突出部による前記中央
燃焼室の前記開口の閉塞期間中に前記主燃焼室に圧縮空
気を供給する圧縮空気供給手段、前記ピストンの前記突
出部による前記中央燃焼室の前記開口の閉塞期間中に前
記中央燃焼室に燃料を噴射する前記シリンダヘッドに配
置した燃料噴射ノズル、及び前記中央燃焼室内の混合気
を点火できるように前記シリンダヘッドに配置したスパ
ークプラグ、から成る２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンに関する。
【０００７】この２ストローク高膨張比リーン混合気燃
焼エンジンにおいて、前記圧縮空気供給手段は、前記シ
リンダヘッドに形成されたポートを開閉する吸気弁、及
びエンジンの回転に同期する前記ポートへ圧縮空気を送
り込むコンプレッサから構成されている。従って、この
２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンは、筒
内での空気の圧縮を行わず、ピストンの２ストロークで
排気行程、吸入行程及び膨張行程を行って、別途設けた
ピストン式コンプレッサで圧縮行程を行わせ、一サイク
ルを達成する２ストロークエンジンを構成でき、高い膨
張比を確保して、熱効率を高めることができ、小型で高
出力のエンジンを提供できる。
焼エンジンにおいて、前記圧縮空気供給手段は、前記シ
リンダヘッドに形成されたポートを開閉する吸気弁、及
びエンジンの回転に同期する前記ポートへ圧縮空気を送
り込むコンプレッサから構成されている。従って、この
２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンは、筒
内での空気の圧縮を行わず、ピストンの２ストロークで
排気行程、吸入行程及び膨張行程を行って、別途設けた
ピストン式コンプレッサで圧縮行程を行わせ、一サイク
ルを達成する２ストロークエンジンを構成でき、高い膨
張比を確保して、熱効率を高めることができ、小型で高
出力のエンジンを提供できる。
【０００８】また、この２ストローク高膨張比リーン混
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室内にリッチ混合気
が形成され、前記主燃焼室内にリーン混合気が形成され
るものである。即ち、主燃焼室へはピストンの突出部の
回りの微小隙間を通じて中央燃焼室からリッチ混合気が
流出するのみであり、主燃焼室内は超希薄なリーン混合
気が生成され、また、中央燃焼室にはピストンの突出部
の回りの微小隙間を通じて圧縮空気が流入するのみであ
り、中央燃焼室内には空気過剰率１以上のリッチ混合気
が生成される。
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室内にリッチ混合気
が形成され、前記主燃焼室内にリーン混合気が形成され
るものである。即ち、主燃焼室へはピストンの突出部の
回りの微小隙間を通じて中央燃焼室からリッチ混合気が
流出するのみであり、主燃焼室内は超希薄なリーン混合
気が生成され、また、中央燃焼室にはピストンの突出部
の回りの微小隙間を通じて圧縮空気が流入するのみであ
り、中央燃焼室内には空気過剰率１以上のリッチ混合気
が生成される。
【０００９】また、この２ストローク高膨張比リーン混
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室内が前記突出部で
閉鎖されたピストン上死点近傍で前記スパークプラグの
点火によってリッチ混合気が着火燃焼し、次いで、前記
中央燃焼室から火炎と未燃混合気が前記主燃焼室へ噴出
して前記主燃焼室のリーン混合気に燃焼伝播する。ま
た、前記主燃焼室及び前記中央燃焼室は、遮熱構造に構
成されている。
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室内が前記突出部で
閉鎖されたピストン上死点近傍で前記スパークプラグの
点火によってリッチ混合気が着火燃焼し、次いで、前記
中央燃焼室から火炎と未燃混合気が前記主燃焼室へ噴出
して前記主燃焼室のリーン混合気に燃焼伝播する。ま
た、前記主燃焼室及び前記中央燃焼室は、遮熱構造に構
成されている。
【００１０】この直噴式リーンバーン高圧縮比ガソリン
エンジンは、上記のように構成したので、中央燃焼室と
ピストンの突出部の頂面とがクロスした時点とピストン
圧縮上死点との間では、突出部と中央燃焼室の開口周縁
との間に微小隙間を形成でき、その時点でコンプレッサ
で圧縮した圧縮空気を圧縮上死点近傍で吸気ポートを通
じて主燃焼室に供給すると、主燃焼室から中央燃焼室へ
圧縮空気の一部が流入する。その時、中央燃焼室に燃料
噴射ノズルからの燃料を噴霧すると、中央燃焼室内にリ
ッチ混合気が生成され、その一部のリッチ混合気が主燃
焼室へ噴出され、主燃焼室の空気と混合して主燃焼室に
リーン混合気が形成される。スパークプラグで中央燃焼
室のリッチ混合気を点火燃焼させ、膨張行程に移行して
主燃焼室でのリーン燃焼を行って高い熱効率を確保で
き、膨張比を大きくできる。
エンジンは、上記のように構成したので、中央燃焼室と
ピストンの突出部の頂面とがクロスした時点とピストン
圧縮上死点との間では、突出部と中央燃焼室の開口周縁
との間に微小隙間を形成でき、その時点でコンプレッサ
で圧縮した圧縮空気を圧縮上死点近傍で吸気ポートを通
じて主燃焼室に供給すると、主燃焼室から中央燃焼室へ
圧縮空気の一部が流入する。その時、中央燃焼室に燃料
噴射ノズルからの燃料を噴霧すると、中央燃焼室内にリ
ッチ混合気が生成され、その一部のリッチ混合気が主燃
焼室へ噴出され、主燃焼室の空気と混合して主燃焼室に
リーン混合気が形成される。スパークプラグで中央燃焼
室のリッチ混合気を点火燃焼させ、膨張行程に移行して
主燃焼室でのリーン燃焼を行って高い熱効率を確保で
き、膨張比を大きくできる。
【００１１】また、この２ストローク高膨張比リーン混
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室の混合気をリッチ
混合気（特に、リッチ混合気である必要はなく、理論混
合気よりリーン混合気でもよく、主燃焼室に比較してリ
ッチ混合気である）にするのは、点火して火炎が伝播す
るには理論混合気に近い濃度が必要であり（空気過剰率
１〜１．２）、且つノッキングを発生しない程度にコン
トロールする必要があるからである。前記中央燃焼室を
理論混合気に近い濃度にするには、燃料噴射ノズルから
噴射された燃料が前記中央燃焼室に溜まり易くなるよう
に燃料を噴射する必要があるので、前記中央燃焼室をシ
リンダヘッドに設けた場合には、一部の燃料が前記主燃
焼室に流出するように噴射することで達成できる。或い
は、前記中央燃焼室をピストンに設けた場合には、燃料
噴射ノズルから噴射される燃料を前記中央燃焼室内に向
けて噴射し、一部の燃料が前記主燃焼室に流出するよう
に噴射することによって達成される。
合気燃焼エンジンは、前記中央燃焼室の混合気をリッチ
混合気（特に、リッチ混合気である必要はなく、理論混
合気よりリーン混合気でもよく、主燃焼室に比較してリ
ッチ混合気である）にするのは、点火して火炎が伝播す
るには理論混合気に近い濃度が必要であり（空気過剰率
１〜１．２）、且つノッキングを発生しない程度にコン
トロールする必要があるからである。前記中央燃焼室を
理論混合気に近い濃度にするには、燃料噴射ノズルから
噴射された燃料が前記中央燃焼室に溜まり易くなるよう
に燃料を噴射する必要があるので、前記中央燃焼室をシ
リンダヘッドに設けた場合には、一部の燃料が前記主燃
焼室に流出するように噴射することで達成できる。或い
は、前記中央燃焼室をピストンに設けた場合には、燃料
噴射ノズルから噴射される燃料を前記中央燃焼室内に向
けて噴射し、一部の燃料が前記主燃焼室に流出するよう
に噴射することによって達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン
の実施例を説明する。図１はこの発明による２ストロー
ク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンの一実施例を示す
説明図、図２は図１の２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンのピストンの上死点前又は上死点後の状
態を示す概略断面図、図３はクランク角に応じて筒内圧
力の変化を示す線図、及び図４は図１の２ストローク高
膨張比リーン混合気燃焼エンジンに適用できる圧縮空気
供給手段の一実施例を示す説明図である。
による２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン
の実施例を説明する。図１はこの発明による２ストロー
ク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンの一実施例を示す
説明図、図２は図１の２ストローク高膨張比リーン混合
気燃焼エンジンのピストンの上死点前又は上死点後の状
態を示す概略断面図、図３はクランク角に応じて筒内圧
力の変化を示す線図、及び図４は図１の２ストローク高
膨張比リーン混合気燃焼エンジンに適用できる圧縮空気
供給手段の一実施例を示す説明図である。
【００１３】この２ストローク高膨張比リーン混合気燃
焼エンジンは、ピストンの２ストロークで排気行程、吸
入行程、膨張行程を行うものであり、吸入空気の圧縮の
圧縮行程は、例えば、図４に示すように、別途設けたピ
ストン式コンプレッサ２８によって達成され、吸入行程
で吸気弁２２が開放して圧縮空気が主燃焼室１へ急速に
流入し、中央燃焼室２には微小隙間９を通じて主燃焼室
１に遅れて圧力上昇するものであり、圧縮比と膨張比と
が独立して達成される２ストロークエンジンである。
焼エンジンは、ピストンの２ストロークで排気行程、吸
入行程、膨張行程を行うものであり、吸入空気の圧縮の
圧縮行程は、例えば、図４に示すように、別途設けたピ
ストン式コンプレッサ２８によって達成され、吸入行程
で吸気弁２２が開放して圧縮空気が主燃焼室１へ急速に
流入し、中央燃焼室２には微小隙間９を通じて主燃焼室
１に遅れて圧力上昇するものであり、圧縮比と膨張比と
が独立して達成される２ストロークエンジンである。
【００１４】この２ストローク高膨張比リーン混合気燃
焼エンジンは、例えば、シリンダブロック１３に形成さ
れた孔部１８に配置されたシリンダ１１を構成するシリ
ンダライナ１４、シリンダブロック１３にガスケット１
６を介在して固定されたシリンダヘッド１２、シリンダ
ヘッド１２に取り付けられた燃料噴射ノズル４及びシリ
ンダ１１内を往復運動するピストン３から構成されてい
る。ピストン３はコンロッド３８を介してクランクシャ
フト３６を回転させるように構成されている。この２ス
トローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンは、主燃焼
室１がシリンダ１１側でシリンダヘッド下面１７とピス
トン頂面１０とで囲まれる領域に形成され、中央燃焼室
２がシリンダヘッド１２に形成されたキャビティ２０に
配置された燃焼室構造体２５のシリンダ中央に形成され
ている。
焼エンジンは、例えば、シリンダブロック１３に形成さ
れた孔部１８に配置されたシリンダ１１を構成するシリ
ンダライナ１４、シリンダブロック１３にガスケット１
６を介在して固定されたシリンダヘッド１２、シリンダ
ヘッド１２に取り付けられた燃料噴射ノズル４及びシリ
ンダ１１内を往復運動するピストン３から構成されてい
る。ピストン３はコンロッド３８を介してクランクシャ
フト３６を回転させるように構成されている。この２ス
トローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジンは、主燃焼
室１がシリンダ１１側でシリンダヘッド下面１７とピス
トン頂面１０とで囲まれる領域に形成され、中央燃焼室
２がシリンダヘッド１２に形成されたキャビティ２０に
配置された燃焼室構造体２５のシリンダ中央に形成され
ている。
【００１５】燃焼室構造体２５は、耐熱性のセラミック
スで作製され、シリンダヘッド１２のキャビティ２０に
遮熱空気層２７を形成するように遮熱ガスケット３２を
介在して配置されている。燃焼室構造体２５のシリンダ
中央には、中央燃焼室２を構成する凹部３３が形成さ
れ、中央燃焼室２が遮熱構造に構成されている。シリン
ダヘッド１２及び燃焼室構造体２５には、燃料噴射ノズ
ル４及びスパークプラグ５が配置され、燃料噴射ノズル
４が中央燃焼室２内に燃料を噴射し、スパークプラグ５
が中央燃焼室２内でリッチ混合気を点火するように設定
されている。
スで作製され、シリンダヘッド１２のキャビティ２０に
遮熱空気層２７を形成するように遮熱ガスケット３２を
介在して配置されている。燃焼室構造体２５のシリンダ
中央には、中央燃焼室２を構成する凹部３３が形成さ
れ、中央燃焼室２が遮熱構造に構成されている。シリン
ダヘッド１２及び燃焼室構造体２５には、燃料噴射ノズ
ル４及びスパークプラグ５が配置され、燃料噴射ノズル
４が中央燃焼室２内に燃料を噴射し、スパークプラグ５
が中央燃焼室２内でリッチ混合気を点火するように設定
されている。
【００１６】シリンダブロック１３には、エンジンの気
筒数に対応する孔部１８が形成されている。シリンダ１
１は、上記のように、孔部１８に嵌合したシリンダライ
ナ１４で形成してもよく、又はシリンダブロック１３の
孔部１８によって直接構成してもよい。シリンダヘッド
１２には、吸気ポート２３及び排気ポート２１が形成さ
れ、燃焼室構造体２５には吸気ポート２３に連通するポ
ート２４と排気ポート２１に連通するポート２６が形成
されている。ポート２４には吸気弁２２が配置され、ポ
ート２６には排気弁１９が配置されている。また、吸気
ポート２３は、圧縮空気を主燃焼室１へ供給するため、
圧縮空気供給手段に連通している。
筒数に対応する孔部１８が形成されている。シリンダ１
１は、上記のように、孔部１８に嵌合したシリンダライ
ナ１４で形成してもよく、又はシリンダブロック１３の
孔部１８によって直接構成してもよい。シリンダヘッド
１２には、吸気ポート２３及び排気ポート２１が形成さ
れ、燃焼室構造体２５には吸気ポート２３に連通するポ
ート２４と排気ポート２１に連通するポート２６が形成
されている。ポート２４には吸気弁２２が配置され、ポ
ート２６には排気弁１９が配置されている。また、吸気
ポート２３は、圧縮空気を主燃焼室１へ供給するため、
圧縮空気供給手段に連通している。
【００１７】この２ストローク高膨張比リーン混合気燃
焼エンジンでは、ピストン３は、ピストン上死点近傍で
燃焼室構造体２５の中央凹部３３に突入して中央燃焼室
２を構成する突出部６を備えており、ピストン３の突出
部６の回りのシリンダ１１側に主燃焼室１が形成され
る。言い換えれば、中央燃焼室２は、ピストン３の突出
部６によって開口３０が閉塞され、主燃焼室１と微小隙
間９を通じての連通であるので、副燃焼室を構成するこ
とになる。ピストン３は、ピストンヘッド８が耐熱性の
セラミックス等で作製され、図示していないが、ピスト
ンスカート１５との間に遮熱空気層を形成してピストン
頂部、従って、主燃焼室１が遮熱構造に構成されてい
る。また、ピストン３には、吸気弁２２に対応する領域
に凹部が形成され、吸気弁２２がピストン圧縮上死点近
傍で開放する際に、その凹部がバルブ逃げ部２９を構成
する。
焼エンジンでは、ピストン３は、ピストン上死点近傍で
燃焼室構造体２５の中央凹部３３に突入して中央燃焼室
２を構成する突出部６を備えており、ピストン３の突出
部６の回りのシリンダ１１側に主燃焼室１が形成され
る。言い換えれば、中央燃焼室２は、ピストン３の突出
部６によって開口３０が閉塞され、主燃焼室１と微小隙
間９を通じての連通であるので、副燃焼室を構成するこ
とになる。ピストン３は、ピストンヘッド８が耐熱性の
セラミックス等で作製され、図示していないが、ピスト
ンスカート１５との間に遮熱空気層を形成してピストン
頂部、従って、主燃焼室１が遮熱構造に構成されてい
る。また、ピストン３には、吸気弁２２に対応する領域
に凹部が形成され、吸気弁２２がピストン圧縮上死点近
傍で開放する際に、その凹部がバルブ逃げ部２９を構成
する。
【００１８】主燃焼室１と中央燃焼室２とが突出部６で
連通がほぼ遮断された状態で燃料噴射ノズル４から中央
燃焼室２へ燃料が噴射され、中央燃焼室２内で燃料が気
化されてリッチ混合気が生成される。ピストン３の突出
部６がシリンダヘッド１２の中央燃焼室２に突入するこ
とによって、突出部６と中央燃焼室２の開口周縁７との
間に微小な隙間９が形成され、開口３０をほとんど閉鎖
する状態になるが、隙間９は中央燃焼室２内の燃料が若
干量だけ主燃焼室１に吐出でき、また、主燃焼室１の圧
縮空気が中央燃焼室２へ流入できる状態に設定されてい
る。
連通がほぼ遮断された状態で燃料噴射ノズル４から中央
燃焼室２へ燃料が噴射され、中央燃焼室２内で燃料が気
化されてリッチ混合気が生成される。ピストン３の突出
部６がシリンダヘッド１２の中央燃焼室２に突入するこ
とによって、突出部６と中央燃焼室２の開口周縁７との
間に微小な隙間９が形成され、開口３０をほとんど閉鎖
する状態になるが、隙間９は中央燃焼室２内の燃料が若
干量だけ主燃焼室１に吐出でき、また、主燃焼室１の圧
縮空気が中央燃焼室２へ流入できる状態に設定されてい
る。
【００１９】圧縮空気供給手段は、例えば、図４に示す
ようなコンプレッサ２８等から構成されている。コンプ
レッサ２８は、エンジンの回転にほぼ同期するように、
エンジンと同一のクランクシャフト３６に取り付けられ
たコンロッド３７によって作動されるピストン３５がシ
リンダ３４内を往復動することによって空気を圧縮する
ように構成されている。ピストン３５は、コンロッド３
７が連結され、コンロッド３７はクランクシャフト３６
に連結されている。従って、エンジンで回転するクラン
クシャフト３６の回転運動はコンロッド３７の上下運動
に変換され、コンロッド３７の上下運動をピストン３５
の上下運動として伝達し、ピストン３５が上下動するこ
とによってシリンダ３４内に供給された空気が圧縮され
る。コンプレッサ２８から吸気ポート２３を通じて主燃
焼室１へ供給される圧縮空気は、例えば、３０ｋｇ／ｃ
ｍ2 〜１００ｋｇ／ｃｍ2 である。
ようなコンプレッサ２８等から構成されている。コンプ
レッサ２８は、エンジンの回転にほぼ同期するように、
エンジンと同一のクランクシャフト３６に取り付けられ
たコンロッド３７によって作動されるピストン３５がシ
リンダ３４内を往復動することによって空気を圧縮する
ように構成されている。ピストン３５は、コンロッド３
７が連結され、コンロッド３７はクランクシャフト３６
に連結されている。従って、エンジンで回転するクラン
クシャフト３６の回転運動はコンロッド３７の上下運動
に変換され、コンロッド３７の上下運動をピストン３５
の上下運動として伝達し、ピストン３５が上下動するこ
とによってシリンダ３４内に供給された空気が圧縮され
る。コンプレッサ２８から吸気ポート２３を通じて主燃
焼室１へ供給される圧縮空気は、例えば、３０ｋｇ／ｃ
ｍ2 〜１００ｋｇ／ｃｍ2 である。
【００２０】この直噴式リーンバーン高圧縮比ガソリン
エンジンでは、上記の構成において、図３に示すよう
に、ピストン３の突出部６による中央燃焼室２の開口３
０の閉塞期間中に主燃焼室１にコンプレッサ２８によっ
て吸気ポート２３を通じて圧縮空気を供給し、ピストン
３の突出部６による中央燃焼室２の開口３０の閉塞期間
中に燃料噴射ノズル４から中央燃焼室２に燃料を噴射
し、次いで、中央燃焼室２内のリッチ混合気にスパーク
プラグ５によって点火するように設定されている。従っ
て、この２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジ
ンは、ピストン３の突出部６による中央燃焼室２の開口
３０の閉塞期間中に、コンプレッサ２８から主燃焼室１
に圧縮空気が供給されるので、圧縮空気の一部が隙間９
を通じて中央燃焼室２に流入し、次いで、中央燃焼室２
に燃料噴射ノズル４から燃料が供給されるので、中央燃
焼室２にリッチ混合気が形成されるが、リッチ混合気の
一部が隙間９を通じて主燃焼室１に吐出する。また、主
燃焼室１と中央燃焼室２との圧力状態は、図３に示すよ
うに、中央燃焼室２の開口３０をピストン３の突出部６
が閉塞したオーバラップ時点では、両者は微小隙間９を
通じての連通であるので、中央燃焼室２の圧力（点線で
示す）が主燃焼室１の圧力（実線で示す）よりも遅れて
最高圧に達するようになる。
エンジンでは、上記の構成において、図３に示すよう
に、ピストン３の突出部６による中央燃焼室２の開口３
０の閉塞期間中に主燃焼室１にコンプレッサ２８によっ
て吸気ポート２３を通じて圧縮空気を供給し、ピストン
３の突出部６による中央燃焼室２の開口３０の閉塞期間
中に燃料噴射ノズル４から中央燃焼室２に燃料を噴射
し、次いで、中央燃焼室２内のリッチ混合気にスパーク
プラグ５によって点火するように設定されている。従っ
て、この２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジ
ンは、ピストン３の突出部６による中央燃焼室２の開口
３０の閉塞期間中に、コンプレッサ２８から主燃焼室１
に圧縮空気が供給されるので、圧縮空気の一部が隙間９
を通じて中央燃焼室２に流入し、次いで、中央燃焼室２
に燃料噴射ノズル４から燃料が供給されるので、中央燃
焼室２にリッチ混合気が形成されるが、リッチ混合気の
一部が隙間９を通じて主燃焼室１に吐出する。また、主
燃焼室１と中央燃焼室２との圧力状態は、図３に示すよ
うに、中央燃焼室２の開口３０をピストン３の突出部６
が閉塞したオーバラップ時点では、両者は微小隙間９を
通じての連通であるので、中央燃焼室２の圧力（点線で
示す）が主燃焼室１の圧力（実線で示す）よりも遅れて
最高圧に達するようになる。
【００２１】主燃焼室１から中央燃焼室２への圧縮空気
の流入量と、中央燃焼室２から主燃焼室１へのリッチ混
合気の吐出量は、燃料噴射ノズル４からの燃料供給量、
コンプレッサ２８からの主燃焼室１への圧縮空気量及び
隙間９のサイズによって決定されるが、これらの条件
は、中央燃焼室２にはリッチ混合気が生成され、また主
燃焼室１にはリーン混合気が生成されるように設定され
ている。主燃焼室１のリーン混合気が生成され、中央燃
焼室２でリッチ混合気が生成されたピストン圧縮上死点
近傍で、スパークプラグ５の点火によって中央燃焼室２
のリッチ混合気が着火燃焼し、次いでピストン３の降下
による膨張行程において、隙間９が開放され、中央燃焼
室２から火炎と混合気が主燃焼室１へ噴出し、主燃焼室
１のリーン混合気に燃焼伝播し、燃焼期間を短縮して短
期に二次燃焼を完結し、圧縮比に比較して膨張比を大き
くし、熱効率をアップさせることができる。
の流入量と、中央燃焼室２から主燃焼室１へのリッチ混
合気の吐出量は、燃料噴射ノズル４からの燃料供給量、
コンプレッサ２８からの主燃焼室１への圧縮空気量及び
隙間９のサイズによって決定されるが、これらの条件
は、中央燃焼室２にはリッチ混合気が生成され、また主
燃焼室１にはリーン混合気が生成されるように設定され
ている。主燃焼室１のリーン混合気が生成され、中央燃
焼室２でリッチ混合気が生成されたピストン圧縮上死点
近傍で、スパークプラグ５の点火によって中央燃焼室２
のリッチ混合気が着火燃焼し、次いでピストン３の降下
による膨張行程において、隙間９が開放され、中央燃焼
室２から火炎と混合気が主燃焼室１へ噴出し、主燃焼室
１のリーン混合気に燃焼伝播し、燃焼期間を短縮して短
期に二次燃焼を完結し、圧縮比に比較して膨張比を大き
くし、熱効率をアップさせることができる。
【００２２】この２ストローク高膨張比リーン混合気燃
焼エンジンでは、中央燃焼室２内は、理論混合気に近い
濃度となるが、主燃焼室１へ燃料の一部が吐出している
ので、スパークプラグ５の点火まで自己発火することな
く、ノッキングの発生がなく、安定状態を維持できる。
しかも、主燃焼室１内の筒内圧力は、リーン混合気であ
るので、主燃焼室１へ供給する圧縮空気の圧力を高くす
ることができ、従って、燃焼室全体としては圧縮比を高
くすることができ、熱効率を向上させることができる。
焼エンジンでは、中央燃焼室２内は、理論混合気に近い
濃度となるが、主燃焼室１へ燃料の一部が吐出している
ので、スパークプラグ５の点火まで自己発火することな
く、ノッキングの発生がなく、安定状態を維持できる。
しかも、主燃焼室１内の筒内圧力は、リーン混合気であ
るので、主燃焼室１へ供給する圧縮空気の圧力を高くす
ることができ、従って、燃焼室全体としては圧縮比を高
くすることができ、熱効率を向上させることができる。
【００２３】
【発明の効果】この発明による２ストローク高膨張比リ
ーン混合気燃焼エンジンは、上記のように構成したの
で、ノッキング等の発生がなく、別途のコンプレッサで
高い圧縮比にでき、高い膨張比を得ることができ、燃焼
室全体としてリーン燃焼を可能にしてディーゼルエンジ
ンと同等或いはそれ以上の熱効率を確保することができ
る。また、このエンジンは、２ストロークであるので小
型に構成でき、高出力を得ることができる。更に、中央
燃焼室は、予混合燃焼を構成するホモジニアスミクスチ
ャーであるので、燃焼室全体としてリーン燃焼になるの
で、ＮＯX の発生を大幅に低減させることが可能であ
る。言い換えれば、この発明における２ストローク高膨
張比リーン混合気燃焼エンジンは、燃焼室全体から考慮
すると、予混合均一リーン混合気であるので、高い熱効
率を確保でき、ＮＯX の発生を数十ｐｐｍ以下に低減さ
せることができ、しかも、ホモジニアスミクスチャーで
あるので、ＨＣ等のパティキュレートも発生しない。
ーン混合気燃焼エンジンは、上記のように構成したの
で、ノッキング等の発生がなく、別途のコンプレッサで
高い圧縮比にでき、高い膨張比を得ることができ、燃焼
室全体としてリーン燃焼を可能にしてディーゼルエンジ
ンと同等或いはそれ以上の熱効率を確保することができ
る。また、このエンジンは、２ストロークであるので小
型に構成でき、高出力を得ることができる。更に、中央
燃焼室は、予混合燃焼を構成するホモジニアスミクスチ
ャーであるので、燃焼室全体としてリーン燃焼になるの
で、ＮＯX の発生を大幅に低減させることが可能であ
る。言い換えれば、この発明における２ストローク高膨
張比リーン混合気燃焼エンジンは、燃焼室全体から考慮
すると、予混合均一リーン混合気であるので、高い熱効
率を確保でき、ＮＯX の発生を数十ｐｐｍ以下に低減さ
せることができ、しかも、ホモジニアスミクスチャーで
あるので、ＨＣ等のパティキュレートも発生しない。
【図１】この発明による２ストローク高膨張比リーン混
合気燃焼エンジンの一実施例を示す概略断面図である。
合気燃焼エンジンの一実施例を示す概略断面図である。
【図２】図１の２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼
エンジンのピストンの上死点前又は上死点後の状態を示
す概略断面図である。
エンジンのピストンの上死点前又は上死点後の状態を示
す概略断面図である。
【図３】図１の２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼
エンジンにおけるクランク角度に対するバルブタイミン
グを示す線図である。
エンジンにおけるクランク角度に対するバルブタイミン
グを示す線図である。
【図４】図１の２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼
エンジンにおけるコンプレッサの一実施例を示す説明図
である。
エンジンにおけるコンプレッサの一実施例を示す説明図
である。
１ 主燃焼室 ２ 中央燃焼室 ３ ピストン ４ 燃料噴射ノズル ５ スパークプラグ ６ 突出部 ７ 開口周縁 ９ 隙間 １０ ピストン頂面 １１ シリンダ １２ シリンダヘッド ２１ 排気ポート ２２ 吸気弁 ２３ 吸気ポート ２４ ポート ２５ 燃焼室構造体 ２８ コンプレッサ ３０ 開口
Claims (5)
- 【請求項１】 シリンダヘッドに形成された中央燃焼
室、シリンダ内を往復動してピストン上死点近傍で前記
中央燃焼室の開口に突入して開口周縁との間に微小隙間
を形成できる突出部を備えたピストン、前記ピストンの
前記突出部の回りで前記シリンダ側に形成される主燃焼
室、前記ピストンの前記突出部による前記中央燃焼室の
前記開口の閉塞期間中に前記主燃焼室に圧縮空気を供給
する圧縮空気供給手段、前記ピストンの前記突出部によ
る前記中央燃焼室の前記開口の閉塞期間中に前記中央燃
焼室に燃料を噴射する前記シリンダヘッドに配置した燃
料噴射ノズル、及び前記中央燃焼室内の混合気を点火で
きるように前記シリンダヘッドに配置したスパークプラ
グ、から成る２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エ
ンジン。 - 【請求項２】 前記圧縮空気供給手段は前記シリンダヘ
ッドに形成されたポートを開閉する吸気弁、及びエンジ
ンの回転に同期する前記ポートへ圧縮空気を送り込むコ
ンプレッサから構成されている請求項１に記載の２スト
ローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン。 - 【請求項３】 前記中央燃焼室内にリッチ混合気が形成
され、前記主燃焼室内にリーン混合気が形成される請求
項１又は２に記載の２ストローク高膨張比リーン混合気
燃焼エンジン。 - 【請求項４】 前記中央燃焼室内が前記突出部で閉鎖さ
れたピストン上死点近傍で前記スパークプラグの点火に
よってリッチ混合気が着火燃焼し、次いで前記主燃焼室
のリーン混合気に燃焼伝播する請求項１〜３のいずれか
１項に記載の２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エ
ンジン。 - 【請求項５】 前記主燃焼室及び前記中央燃焼室は、遮
熱構造に構成されている請求項１〜４のいずれか１項に
記載の２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8165119A JPH09324632A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | ２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8165119A JPH09324632A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | ２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09324632A true JPH09324632A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15806284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8165119A Pending JPH09324632A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | ２ストローク高膨張比リーン混合気燃焼エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09324632A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014396A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Tadashi Yoshida | Moteur a combustion interne adiabatique |
| JP2003529710A (ja) * | 2000-03-31 | 2003-10-07 | イノジー パブリック リミテッド カンパニー | ２行程内燃機関 |
| JP2008169719A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Motonobu Kumagai | ２ストローク断熱複合エンジン |
| FR2962163A1 (fr) * | 2010-07-05 | 2012-01-06 | Roger Laumain | Moteur a explosion-combustion |
| CN110657042A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-07 | 东华大学 | 一种发动机节能减重结构及其制造方法 |
-
1996
- 1996-06-06 JP JP8165119A patent/JPH09324632A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014396A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Tadashi Yoshida | Moteur a combustion interne adiabatique |
| JP2003529710A (ja) * | 2000-03-31 | 2003-10-07 | イノジー パブリック リミテッド カンパニー | ２行程内燃機関 |
| JP2008169719A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Motonobu Kumagai | ２ストローク断熱複合エンジン |
| FR2962163A1 (fr) * | 2010-07-05 | 2012-01-06 | Roger Laumain | Moteur a explosion-combustion |
| CN110657042A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-07 | 东华大学 | 一种发动机节能减重结构及其制造方法 |
| CN110657042B (zh) * | 2019-09-23 | 2022-03-22 | 东华大学 | 一种发动机节能减重结构及其制造方法 |
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