JPS5917248B2 - 副燃焼室付内燃機関 - Google Patents

副燃焼室付内燃機関

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JPS5917248B2
JPS5917248B2 JP52057559A JP5755977A JPS5917248B2 JP S5917248 B2 JPS5917248 B2 JP S5917248B2 JP 52057559 A JP52057559 A JP 52057559A JP 5755977 A JP5755977 A JP 5755977A JP S5917248 B2 JPS5917248 B2 JP S5917248B2
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combustion chamber
auxiliary
communication passage
piston
internal combustion
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JP52057559A
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堅司 後藤
正人 横田
日出夫 小林
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は副燃焼室付内燃機関に関する。
排気ガス中の有害成分HC,CO並びにNOxを同時に
低減しかつ燃費を向上させる方法として稀薄混合気を使
用する方法が知られている。
また、排気ガス中の有害成分NOを低減する方法として
大量の排気ガスを再循環させる方法が知られている。
しかしながら通常の内燃機関でこれら稀薄混合気或いは
大量の再循環排気ガスを含んだ混合気を使用すると着火
及び燃焼が不安定となり、燃焼時間が増大し、更に燃焼
変動が増大して実際には運転不可能となる。
一方、このような可燃混合気を使用できる内燃機関とし
て副燃焼室を連通路を介して主燃焼室内にのみ連結した
副燃焼室付内燃機関が提案されている。
この種の副燃焼室付内燃機関では副燃焼室から噴出した
トーチにより主燃焼室内の可燃混合気を着火するように
して着火及び燃焼を安定させ、燃焼速度を速めているが
まだ不十分である。
燃焼速度を速めるための1つの方法として強力なトーチ
を得るために副燃焼室の容積を増大させる方法があるが
燃焼後半では燃焼速度が緩慢となり、斯くして燃焼速度
を十分に速めることができない。
また副燃焼室容積を増大すると圧縮行程時に主燃焼室と
副燃焼室とを連通ずる連通路内を流れる可燃混合気の流
速が極度に速くなり、その結果連通路内に点火栓電極を
配設した場合には放電アークが吹き消されるという問題
がある。
本発明は稀薄混合気或いは大量の再循環排気ガスを含有
した混合気を使用した場合でも着火及び燃焼が安定し、
燃焼速度を増大することのできる副燃焼室付内燃機関を
提供することにある。
以下1添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図を参照すると、1はシリンダブロック、2はシリ
ンダボア3内を往復動すると共に平坦な頂面2.を有す
るピストン、4はガスケット5を介してシリンダブロッ
ク1上に固締されると共に半球形内壁4aを有するシリ
ンダヘッド、6はピストン頂面21とシリンダヘッド内
壁43間に形成された主燃焼室、7はシリンダヘッド4
に形成された凹所8内に圧入された副室要素、9は吸気
弁を夫々示しこの副室要素γ内には第1の副燃焼室10
並びにこの第1副燃焼室10と主燃焼室6とを連通ずる
第1の連通路11が形成される。
第1図に示す実施例は第1通路11が1個の場合を示し
ているが多数個の第1連通路を設けることもできる。
この第1連通路11内には点火栓12の電極が配置され
るが、点火栓電極は第1副燃焼室10内に配置してもよ
いし、また第1連通路11近傍の主燃焼室6内に設けて
もよい。
第1連通路11はピストン2が第1図に示すように上死
点に達したときにピストン頂面2aの中央部に指向する
ように配置される。
一方、ピストン頂面2.上には凹所13が形成され、こ
の凹所13内に中空容器14が設けられる。
この中空容器14はピストン2を鋳造する際に同時にピ
ストン2内に鋳込まれる。
中空容器14はステンレス鋼のような耐熱合金或いは窒
化シリコンSi3N4のようなセラミックから形成され
るのが好ましい。
またこの中空容器14は符号15.16で示す抜は止め
防止の突出部を有することが好ましい。
中空容器14内には第2副燃暁1Tと、この第2副燃焼
室17と主燃焼室6とを連通する第2連通路18が形成
される。
第1図に示すように第2連通路18はピストン軸線と共
軸的に配置され、かつ一様な断面積を有する。
吸気行程時、吸気弁9を介して主燃焼室6内に稀薄混合
気或いは大量の再循環排気ガスを含んだ混合気が導入さ
れる。
この可燃混合気は球状シリンタヘッド内壁4aに沿って
流れるためエゼクタ効果により第1副燃焼室10内の残
留排気ガスの一部が主燃焼室6内に吸出される。
一方、ピストン頂面21に沿う可燃混合気流は発生しな
いため第2副燃焼室1T内の高温の残留排気ガスはその
まま第2副燃焼室1T内に滞溜し続ける。
次いで圧縮行程時に主燃焼室6内の可燃混合気は一方で
は第1連通路11を介して第1副燃焼室10内に押込ま
れ、他方では第2連通路18を介して第2副燃焼室17
内に押込まれる。
第1図に示すように第1連通路11は第1副燃焼室10
の内壁に接線状に連結されている。
従つC第1連通路11を介して第1副燃焼室10内に押
込まれた可燃混合気は第1副燃焼室10内で強力な旋回
流を発生する。
また点火栓12の電極周りの残留排気ガスは主燃焼室6
から副燃焼室10内に押込まれる可燃混合気によって完
全に掃気され、従って点火栓12により可燃混合気は容
易に着火される。
上述したように第1副燃焼室10内には強力な旋回流が
発生しているため着火火炎が急速に第1副燃焼室10内
に広がり、その結果強力なトーチが第1連通路11を介
して主燃焼室6内に噴出する。
一方1第2副燃焼室17内には後述するように極めて高
温の残留排気ガスが滞留している。
従って圧縮行程時に第2連通路18を介して第2副燃焼
室17内に押込まれた可燃混合気は残留排気ガスにより
加熱されて高温となり、この可燃混合気は活性化されて
化学的に活性な原子並びにフリーラジカルを発生する。
前述したように第1連通路11からトーチが噴出すると
このトーチによって主燃焼室6内の可燃混合気は着火さ
れ、その結果主燃焼室6内の圧力は増大する。
主燃焼室6内の圧力が上昇するとそれに伴って第2副燃
焼室17内の圧力も上昇し、斯くして第2副燃焼室17
内の可燃混合気は極めて高温となる。
その結果、この可燃混合気は益々活性化される。
ピストン2が上死点に達し、第1連通路11から噴出し
たトーチが第2連通路18を介して第2副燃焼室17内
に達すると極度に活性化された可燃混合気は爆発的に燃
焼し、かつ第2連通路18の開口面積が小さなために第
2副燃焼室17において定容燃焼が行なわれるため圧力
並びに温度が急激に上昇して第1図において矢印Aに示
すように主燃焼室6全体に亘って火炎が噴出する。
その結果、主燃焼室s内における燃焼速度は燃焼の後半
においても極めて速く、斯くして燃焼時間が短縮される
第2連通路18の位置は第2連通路18から噴出した火
炎が主燃焼室6内の全体に亘って一様に分散する位置に
設けることが好ましい。
従って、第1図に示すように半球状主燃焼室6を有する
場合には第2連通路18をピストン頂面21の中央部に
設けることが好ましい。
しかしながら他の形状の主燃焼室を有する場合にはそれ
に応じて第2連通路18の位置を適切に定める必要があ
る。
第12図から第14図に本発明による内燃機関と第2副
燃焼室17を有さない従来の内燃機関を1600ccの
エンジンを用いて160(3rpmにおいて比較した結
果を示す。
第12図は縦軸が熱発生率dQ/dθ、横軸がクランク
角θであって破線は従来の内燃機関、実線は本発明によ
る内燃機関、実線は本発明による内燃機関を示している
第12図を参照すると本発明の内燃機関は従来に比して
主燃焼室内における燃焼速度が増大し、燃焼時間が短縮
されることがわかる。
第13図は縦軸がNOxの発生量、横軸が空燃比A/F
であって従来の内燃機関に対する本発明の内燃機関のN
Oxの発生量の割合を示している。
また第14図は縦軸がトルク変動量T1横軸が空燃比A
/Fであって従来の内燃機関に対する本発明の内燃機関
のトルク変動量の割合を示している。
第13図に示されるように本発明による内燃機関では第
1副燃焼室10並びに第2副燃焼室17から噴出するト
ーチによって主燃焼室6内の燃焼ガスが攪乱され、それ
によって主燃焼室6内のガス温度が平均化されるのでN
Oxが低減する。
また、第14図に示されるように本発明による内燃機関
では着火及び燃焼が安定するのでトルク変動が小さくな
る。
第3図から第11図の別の実施例を示す。
なお第3図から第11図はピストンのみを示し第1図と
同様の構成要素は同一の符号で示す。
第3図は、第2副燃焼室17が最もコンパクトな球形構
造に形成され、それによって第2副燃焼室11内におけ
る燃焼速度を更に速めるようにしたものである。
第5図は第2連通路18が外方に向けて開拡する広がり
ノズル状に形成され、それによって第2連通路18から
噴出する火炎を主燃焼室6内全体に亘って拡散すること
ができるようにしたものである。
第7図は機関回転数並びに負荷により点火時間が異なり
、その結果トーチがピストン頂面に到達する位置が異な
ったとしてもトーチが確実に第2副燃焼室17内に達す
るように複数個の第2連通路18を形成したものである
この場合、各第2連通路18は火炎が消炎しないように
クエンチ距離以上に設定する必要がある。
また、第2副燃焼室17において第2連通路18周りの
中空容器14の温度が最も高くなる。
従って第9図では、ピストン頂面上に沿って伸びる中空
容器延長部141を形成しそれによって放熱効果を向上
せしめている。
第10図は第2副燃焼室17を凹所13の内壁とピスト
ン頂面上に固定された耐熱板20とにより形成したもの
で、最も高温になる第2連通路18周りのみを耐熱材料
から構成してピストン重量の軽減を図ると共に第2副燃
焼室17の製作を容易にしたものである。
第11図は中空容器14械加工にて容易に製作可能な上
部材21と下部材22とにより形成したものである。
以上述べたように、本発明は混合気として稀薄混合気或
いは大量の再循環排気ガスを含んだ混合気を使用したと
しても着火及び燃焼が安定し、燃焼速度を速めることが
でき、燃焼変動を低減することができ、更に排気ガス中
の有害成分、特にNOxを効果的に低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による内燃機関の側面断面図、第2図は
第1図のピストンの平面図、第3図は別の実施例を示す
ピストンの側面断面図、第4図は第3図の平面図、第5
図は更に別の実施例を示すピストンの側面断面図、第6
図は第5図の平面図、第7図は更に別の実施例を示すピ
ストンの側面断面図、第8図は第1図の平面図、第9図
は更に別の実施例を示すピストンの側面断面図、第10
図は更に別の実施例を示すピストンの側面断面図、第1
1図は更に別の実施例を示すピストンの側面断面図、第
12図は熱発生率を示すグラフ、第13図はNo工の減
少量を示すグラフ、第14図はトルク変動量の減少を示
すグラフである。 6・・・・・・主燃焼室、10・・・・・・第1副燃焼
室、11・・・・・・第1連通路、12・・・・・・点
火栓、17・・・・・・第2副燃焼室、18・・・・・
・第2連通路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 少くとも1つの第1連通路を介して主燃焼室に連通
    した第1副燃焼室を有し、該第1副燃焼室内の可燃混合
    気を点火栓により着火して上記第1連通路からトーチを
    噴出するようにした副燃焼室付内燃機関において、ピス
    トン頂面内部に点火栓を有さない第2副燃焼室を形成し
    て該第2副燃焼室と主燃焼室とを少くとも1つの第2連
    通路を介して連通せしめ、該第2連通路をピストンが上
    死点に達したとき第1副燃焼室から噴出したトーチが直
    接衝突するピストン頂面上に開口させたことを特徴とす
    る副燃焼室付内燃機関。
JP52057559A 1977-05-20 1977-05-20 副燃焼室付内燃機関 Expired JPS5917248B2 (ja)

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JP52057559A JPS5917248B2 (ja) 1977-05-20 1977-05-20 副燃焼室付内燃機関
US05/848,759 US4175533A (en) 1977-05-20 1977-11-04 Internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber

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JP52057559A JPS5917248B2 (ja) 1977-05-20 1977-05-20 副燃焼室付内燃機関

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JPS53143807A JPS53143807A (en) 1978-12-14
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ID=13059170

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