JPS63109222A - Combustion chamber of gasoline engine - Google Patents

Combustion chamber of gasoline engine

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Publication number
JPS63109222A
JPS63109222A JP25373586A JP25373586A JPS63109222A JP S63109222 A JPS63109222 A JP S63109222A JP 25373586 A JP25373586 A JP 25373586A JP 25373586 A JP25373586 A JP 25373586A JP S63109222 A JPS63109222 A JP S63109222A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion chamber
piston
recess
opening
combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP25373586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Nomura
野村 憲一
Norihiko Nakamura
徳彦 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63109222A publication Critical patent/JPS63109222A/en
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To securely suppress the generation of knocking and reduce unburned HC by throttling the opening part of a recessed part which forms a combustion chamber on the top part of a piston while partially expanding said opening part of an intake valve side. CONSTITUTION:A combustion chamber 6 is formed by providing a recessed part 5 which is opened toward the bottom face side of a cylinder head 4 on the top part of a piston 1. The opening area of the opening part of the recessed part 5 is throttled with respect to the inside of the recessed part 5. In the vicinity of the top dead center of the piston 1, an ignition plug 8 which is projectingly provided on the bottom face of the cylinder head 4 is inserted into the recessed part 5. The opening part of the recessed part 5 is partially expanded on an intake valve 10a side. Thereby, the generation of knocking can be securely suppressed while greatly reducing the generation of unburned HC.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ピストン頂部に凹部を設けることにより形成
されるガソリン機関の燃焼室の構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the structure of a combustion chamber of a gasoline engine formed by providing a recess at the top of a piston.

[従来の技術] 燃焼用混合気を気筒外で生成する予混合ガソリン機関に
おいては、燃焼速度を高めて燃焼効率の向上をはかると
ともに、ノッキングに対する配慮が必要である。また、
NOxとともに未燃HC排出の低減をはかることも必要
である。
[Prior Art] In a premixed gasoline engine that generates a combustion mixture outside the cylinder, it is necessary to increase the combustion rate to improve the combustion efficiency, and to take precautions against knocking. Also,
It is also necessary to reduce unburned HC emissions as well as NOx.

従来の急速燃焼技術、たとえば多点点火のようなもので
は、混合気が勢いよく燃えすぎるおそれがあり、NOx
の低減はあまり期待できなかった。
With conventional rapid combustion technologies, such as multi-point ignition, there is a risk that the air-fuel mixture will burn too vigorously, resulting in NOx
could not be expected to reduce much.

この種の機関においてNOX低減をはかるには、大量E
GRを行う必要がある。
In order to reduce NOx in this type of engine, a large amount of E
It is necessary to perform GR.

また、従来の燃焼室では、燃焼室内に混合気流の強い乱
れがないため、燃焼効率を上げると、それにつれて部分
的に最高燃焼温度が上昇し、N。
In addition, in conventional combustion chambers, there is no strong turbulence in the air-mixture flow within the combustion chamber, so when combustion efficiency is increased, the maximum combustion temperature partially increases, and N.

X発生量が増加した。最高燃焼温度の局部的上昇を抑え
るには、燃焼室内に強い乱れを生じさせてかき混ぜるこ
とが有効であるが、そうすると燃焼室壁面を通して燃焼
室室外に逃げる熱量が増大し、その分冷却損失が増大す
るという問題を招く。燃焼室内に強いスワールを発生さ
せる構造としては、燃焼室室外のスワールポートとピス
トン頂部に設けた燃焼室を形成する凹部との共働により
スワールを生成する構造が知られている(特開昭54−
145808号公報)。しかし、この構造では、上記冷
却損失増大の問題の他、スワールボートを設けたため高
回転域において吸気抵抗が増大し、それに伴って出力低
下を招くという問題がある。
The amount of X generated increased. In order to suppress local increases in maximum combustion temperature, it is effective to create strong turbulence within the combustion chamber to stir it, but this increases the amount of heat that escapes to the outside of the combustion chamber through the combustion chamber walls, increasing cooling loss accordingly. This leads to the problem of As a structure for generating a strong swirl within a combustion chamber, a structure is known in which a swirl is generated by the cooperation of a swirl port outside the combustion chamber and a recess that forms the combustion chamber provided at the top of the piston (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-1992). −
145808). However, with this structure, in addition to the above problem of increased cooling loss, the provision of the swirl boat increases intake resistance in a high rotation range, resulting in a decrease in output.

また、NOX低減に有利な構造として、副室付機関があ
るが、副室からのガスが燃焼室壁面に勢いよく当たり該
壁面を通してピストン外に逃げる熱量が増加するため、
冷却損失の増大を伴なうという問題がある。
In addition, an engine with a pre-chamber is an advantageous structure for reducing NOx, but the gas from the pre-chamber hits the wall of the combustion chamber with great force, increasing the amount of heat that escapes to the outside of the piston through the wall.
There is a problem that cooling loss is increased.

このピストン頂部からの放熱量を抑え、冷却損失を低下
させる構造として、ピストン頂部に設けた凹部壁部をセ
ラミックで構成し、燃焼室内を断熱化する構造が知られ
ている(特公昭56−616号公報、実開昭59−13
0046号公報)。
As a structure for suppressing the amount of heat dissipated from the top of the piston and reducing cooling loss, a structure is known in which the wall of the recess provided at the top of the piston is made of ceramic to insulate the inside of the combustion chamber (Japanese Patent Publication No. 56-616 No. Publication, Utility Model Publication No. 59-13
Publication No. 0046).

しかしこれらの提案では、単にセラミックを使用すると
いうだけの開示しかなく、燃焼室内の混合気流との関連
の記載はない。
However, these proposals only disclose the use of ceramics, and do not mention any relation to the air mixture flow within the combustion chamber.

また、ノッキングを抑え、かつ燃焼速度を高めるために
、スキッシュ流の生成が有効であることはよく知られて
いる。しかしスキッシュによる効果を向上させるために
は、スキッシュエリアを広くする必要かあるが、従来構
造においてスキッシュエリアを広くすると、同時にクエ
ンヂエリアも広くなり、未燃HCが増加するという問題
がある。
Furthermore, it is well known that generating squish flow is effective in suppressing knocking and increasing combustion speed. However, in order to improve the effect of squish, it is necessary to widen the squish area, but in the conventional structure, if the squish area is widened, the quench area also becomes wide at the same time, resulting in an increase in unburned HC.

また、多バルブエンジン(たとえば4バルブエンジン)
では、燃焼室形状にあまり自由度がないため、スキッシ
ュエリア自体を大きくとることが困難であり、スキッシ
ュによる燃焼改善効果を向上することが困Iffな場合
が多かった。
Also, multi-valve engines (for example, 4-valve engines)
In this case, since there is not much freedom in the shape of the combustion chamber, it is difficult to make the squish area itself large, and it is often difficult to improve the combustion improvement effect due to squish.

また、予混合ガソリンエンジンの場合(特に過給エンジ
ンの場合)、燃焼効率を高めるために点火時期を進めた
場合、エンド部の自発火が起こり、ノッキングが発生す
る。そこでこれを防止するために、エンドガスをスキッ
シュ等で冷却したり、混合気を層状に供給することなど
が試みられている。しかしこのようにすると、必然的に
エンド部の未燃HCか増加し、排気ガスを悪化させるこ
とになる。また必要以上の点火時期の遅角は燃費の悪化
を招くことになる。
Furthermore, in the case of a premixed gasoline engine (particularly in the case of a supercharged engine), if the ignition timing is advanced in order to increase combustion efficiency, spontaneous combustion occurs at the end portion, resulting in knocking. In order to prevent this, attempts have been made to cool the end gas with squish or the like, or to supply the air-fuel mixture in layers. However, if this is done, the amount of unburned HC at the end portion will inevitably increase, which will worsen the exhaust gas. Moreover, retarding the ignition timing more than necessary will lead to deterioration of fuel efficiency.

上記のような種々の問題点の解決をはかるため、未だ出
願未公開の段階ではあるか、先に本出願人により次のよ
うな構造が提案されている。つまり、予混合ガソリン機
関において、ピストン頂部にシリンダヘッド下面側に向
かって開口する四部を設Gブることにより燃焼室を形成
し、該凹部の開口部の開口面積を凹部内部に対し絞ると
ともに、ピストン上死点近傍においてシリンダヘッド下
面に突設された点火プラグを前記凹部内に挿入させるよ
うにした構造である。凹部開口部が絞られることにより
広いスキッシュエリアが達成され、ノッキングが抑えら
れるとともに、該絞り部により、燃焼室内に流入する混
合気流に強い乱流が発生され、燃焼効率が高められると
ともにNOXが低減される。また、着火後膨張行程では
、燃焼室内からの噴流火炎が上記絞り部で速度を高めら
れ、急激にかつピストン頂部周辺部の隅々まで伝播され
るので、未燃HCの発生か低減される。
In order to solve the various problems mentioned above, the following structure has been previously proposed by the present applicant, although the application has not yet been published. That is, in a premixed gasoline engine, a combustion chamber is formed by providing four parts at the top of the piston that open toward the lower surface of the cylinder head, and the opening area of the opening of the recess is narrowed relative to the inside of the recess. This structure is such that a spark plug protruding from the lower surface of the cylinder head is inserted into the recess near the top dead center of the piston. By constricting the concave opening, a wide squish area is achieved, suppressing knocking, and the constriction generates strong turbulence in the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber, increasing combustion efficiency and reducing NOx. be done. Furthermore, in the post-ignition expansion stroke, the jet flame from the combustion chamber is sped up at the throttle section and rapidly propagated to every corner around the top of the piston, thereby reducing the generation of unburned HC.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記光に本出願人が提案した構造のさらに改
良に係るものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention relates to a further improvement of the structure proposed by the present applicant for the above-mentioned light.

すなわち、本発明の目的は、先に本出願人が提案した予
混合ガソリン機関の燃焼室構造により、乱流発生による
燃焼効率の向上およびNOXの低減、広いスキッシュエ
リアによるノッキングの抑制、火炎伝帳状態向上による
未燃HC排出の低減を実現するとともに、燃料の殆ど全
量を燃焼室のみに入れてピストン周辺部およびスキッシ
ュエリアには供給されないようにすることにより、さら
に確実なノッキングの発生防止および未燃1−I Cの
低減をはかることにある。
That is, the purpose of the present invention is to improve combustion efficiency and reduce NOx by generating turbulence, suppress knocking by a wide squish area, and improve flame propagation by using the combustion chamber structure of a premixed gasoline engine previously proposed by the applicant. In addition to reducing unburned HC emissions by improving the condition, almost all of the fuel is placed only in the combustion chamber and not supplied to the area around the piston and squish area, which further ensures the prevention of knocking and prevents the occurrence of knocking. The objective is to reduce fuel consumption.

[問題点を解決するための手段] この目的に沿う本発明のガソリン機関の燃焼室は、燃焼
用混合気を気筒外で生成する予混合ガソリン機関におい
て、ピストン頂部にシリンダヘッド下面側に向かって開
口する凹部を設けることにより燃焼室を形成し、該凹部
の開口部の開口面積−〇 − を凹部内部に対し絞るとともに、ピストン上死点近傍に
おいてシリンダヘッド下面に突設された点火プラグを凹
部内に挿入させ、かつ四部の開口部を、吸気弁側に部分
的に拡張したものから成る。
[Means for Solving the Problems] The combustion chamber of the gasoline engine of the present invention that meets this purpose is a premixed gasoline engine that generates a combustion mixture outside the cylinder. A combustion chamber is formed by providing a recess that opens, and the opening area of the recess is narrowed relative to the inside of the recess, and the spark plug protruding from the lower surface of the cylinder head near the top dead center of the piston is inserted into the recess. It is inserted into the intake valve, and the four openings are partially expanded toward the intake valve side.

そして望ましくは、ピストン頂部の上記凹部内面部位の
みがセラミックで構成される。
Preferably, only the inner surface of the recess at the top of the piston is made of ceramic.

(作  用] このような燃焼室においては、排気行程終了直前から吸
気行程において、吸気弁が開かれ混合気がシリンダ内に
吸入されるが、ピストン頂部で燃焼室を形成する凹部の
開口部が部分的にこの吸気弁部に向けて拡張されている
ので、該拡張部を通して吸入される混合気の略全量が効
率よく直接ピストン頂部燃焼室内に流入する。圧縮行程
においては、ピストン周辺部側から中央部の燃焼室側へ
と流れるスキッシュ流が生じるが、このスキッシュエリ
アには、混合気が供給されていないか又はごく希薄な混
合気とされるので、ノッキングが確実に抑制される。つ
まり、凹部開口部を絞ることにより広いスキッシュエリ
アが確保され、それによって良好なスキッシュ流が得ら
れるが、それに加えスキッシュエリアに元々混合気を供
給しないことによって、−層確実にノッキングが防止さ
れる。
(Function) In such a combustion chamber, the intake valve is opened during the intake stroke from just before the end of the exhaust stroke, and the air-fuel mixture is sucked into the cylinder. Since it is partially expanded toward this intake valve section, almost the entire amount of the air-fuel mixture taken in through the expanded section efficiently flows directly into the combustion chamber at the top of the piston. A squish flow is generated that flows toward the central combustion chamber, but this squish area is not supplied with air-fuel mixture or is supplied with a very lean air-fuel mixture, so knocking is reliably suppressed.In other words, By constricting the opening of the recess, a wide squish area is ensured, thereby obtaining a good squish flow, and in addition, by not supplying air-fuel mixture to the squish area, knocking is reliably prevented.

また、圧縮行程においては、スキッシュに伴ない気流が
ピストン燃焼室内に流入するが、凹部開口部が絞られて
いるため、燃焼室内には強い乱流が生成される。この燃
焼室内の乱流は、スワールボートを設けることなく燃焼
室構造のみによって生じるものであるから、高回転域に
おいても吸気抵抗が乱流発生構造によって増大すること
はない。
Further, during the compression stroke, airflow accompanying the squish flows into the piston combustion chamber, but since the opening of the recess is narrowed, a strong turbulent flow is generated within the combustion chamber. Since this turbulent flow within the combustion chamber is generated only by the combustion chamber structure without providing a swirl boat, the intake resistance is not increased by the turbulence generating structure even in a high rotation range.

そして、ピストン上死点近傍では、点火プラグが燃焼室
に挿入された状態になり、乱流が発生している燃焼室内
の混合気が着火され、燃焼室内で均一な燃焼が達成され
て燃焼効率が高められるとともにNOxの発生は抑制さ
れる。
Then, near the top dead center of the piston, the spark plug is inserted into the combustion chamber, and the turbulent air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited, achieving uniform combustion within the combustion chamber and improving combustion efficiency. is increased, and the generation of NOx is suppressed.

膨張行程においては、燃焼室内で着火された噴流火炎が
広がろうとするが、四部開口部が絞られているためその
部分で火炎伝帳速度が高められ、火炎はスキッシュエリ
ア方向に向けても急激に伝播し、この部分に拡散してい
た混合気も確実に燃焼される。また、このスキッシュエ
リア部分、ピストン周辺部分には元々混合気が供給され
ていないので、未燃HCの発生は一層確実に抑制される
During the expansion stroke, the jet flame ignited in the combustion chamber tries to spread, but since the four openings are narrowed, the flame propagation speed is increased in that part, and the flame does not spread rapidly even when directed toward the squish area. The air-fuel mixture that has spread to this area is also reliably combusted. Furthermore, since air-fuel mixture is not originally supplied to the squish area and the piston surrounding area, the generation of unburned HC is more reliably suppressed.

また、上記燃焼室内の強い乱流により、燃焼室内壁面を
介しての熱損失が増大しようとするが、凹部内壁面を比
較的薄いセラミック層で形成すれば、容易に凹部内のみ
を断熱化でき、ピストン周辺部の高熱化による不具合(
たとえば該部分のプレイブ、該部分高温化によるノッキ
ングの発生等)を防止しつつ、冷却損失の増大を防止で
きる。
In addition, due to the strong turbulent flow inside the combustion chamber, heat loss through the combustion chamber wall surface tends to increase, but if the inner wall surface of the recess is formed with a relatively thin ceramic layer, it is possible to easily insulate only the inside of the recess. , Malfunctions due to high heat around the piston (
For example, it is possible to prevent the cooling loss from increasing while preventing the occurrence of knocking due to the heating of the portion, or the occurrence of knocking due to the heating of the portion.

[実施例] 以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明
する。
[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図ないし第4図は、本発明の第1実施例に係るガソ
リン機関の燃焼室を示しており、本発明を4バルブ機関
に適用した場合を示している。
1 to 4 show a combustion chamber of a gasoline engine according to a first embodiment of the present invention, and show a case where the present invention is applied to a four-valve engine.

図において、1は、ピストン頂面がフラットではなく屋
根形になった、いわゆるペントルーフ形のピストンを示
しており、2はシリンダブロック、3はシリンダボア、
4はシリンダヘッドをそれぞれ示している。ピストン1
の頂部の中央部には、シリンダヘッド4の下面側に向か
って開口する凹部5が設けられており、このピストン1
の頂面側とシリンダヘッド4の下面との間に燃焼室6が
形成される。
In the figure, 1 indicates a so-called pent roof-shaped piston in which the top surface of the piston is not flat but roof-shaped, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder bore,
4 indicates a cylinder head. piston 1
A recess 5 that opens toward the lower surface of the cylinder head 4 is provided in the center of the top of the piston 1.
A combustion chamber 6 is formed between the top surface side of the cylinder head 4 and the lower surface of the cylinder head 4 .

四部5は、その開口部5aの開口面積が凹部内部に対し
絞られている。したがって、この凹部開口部5aに至る
までのピストン頂面とシリンダヘッド下面とで形成され
るスキッシュエリア7は従来の単に凹部を設けただけの
場合よりも広くとられている。
In the fourth part 5, the opening area of the opening part 5a is narrowed compared to the inside of the recessed part. Therefore, the squish area 7 formed by the top surface of the piston and the lower surface of the cylinder head up to the recess opening 5a is wider than the conventional case where only a recess is provided.

第1図および第2図は、ピストン1が上死点にあるとき
の状態を示している。ピストン1の上死点近傍(たとえ
ば上死点からクランク角で30度程度)において、シリ
ンダヘッド下面から突設されて点火プラグ8が凹部5内
に挿入されるよう、凹部5と点火プラグ8の位置関係が
決められている。
1 and 2 show the state when the piston 1 is at the top dead center. The recess 5 and the spark plug 8 are arranged so that the spark plug 8 protrudes from the lower surface of the cylinder head and is inserted into the recess 5 near the top dead center of the piston 1 (for example, about 30 degrees in crank angle from the top dead center). The positional relationship is determined.

したがってピストン1の上死点においては、点火プラグ
8の点火部8aは完全に凹部5内に位置する。
Therefore, at the top dead center of the piston 1, the ignition portion 8a of the spark plug 8 is completely located within the recess 5.

四部5の内面部位は、比較的薄いセラミック層9で構成
されている。このセラミック層9は、凹部5内面部位の
みに設けられ、仙のピストン頂面部位およびシリンダヘ
ッド下面には設けられていない。ただし、本実施例では
セラミック層9を設けたが、セラミック層9を設けなく
ても、後述のノッキング抑制、燃焼効率の向上、NOx
および未燃トICの低減効果は得られるので、とくにな
くてもよい。
The inner surface of the four parts 5 is composed of a relatively thin ceramic layer 9. This ceramic layer 9 is provided only on the inner surface of the recess 5, and is not provided on the top surface of the piston or the lower surface of the cylinder head. However, although the ceramic layer 9 was provided in this embodiment, even if the ceramic layer 9 is not provided, knocking suppression, improvement of combustion efficiency, and NOx
And since the effect of reducing unburned IC can be obtained, it is not necessary.

四部開口部5aは、第1図および第3図に示すように、
吸気弁10a側に部分的に拡張されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the four openings 5a are
It is partially expanded toward the intake valve 10a side.

本実施例では、この拡張部11は、2つの吸気弁10a
、10bのうちの一方の吸気弁10aの傘部を収容可能
に形成されており、上死点においては第1図に示すよう
に、開弁された吸気弁10aがピストン1と干渉するこ
となく凹部拡張部内に突き出すようになっている。この
吸気弁10a、10bの開閉タイミングは、第5図に示
すようになっており、吸気弁10aの開閉タイミングに
対し、吸気弁10bの開閉タイミングは遅らされている
In this embodiment, this expanded portion 11 has two intake valves 10a.
, 10b, so that the opened intake valve 10a does not interfere with the piston 1 at the top dead center, as shown in FIG. It is adapted to project into the recess extension. The opening/closing timing of the intake valves 10a, 10b is as shown in FIG. 5, and the opening/closing timing of the intake valve 10b is delayed with respect to the opening/closing timing of the intake valve 10a.

なお、図において、12a、12bは排気弁、13は吸
気ボートをそれぞれ示している。
In the figure, 12a and 12b represent exhaust valves, and 13 represents an intake boat.

上記のように構成された実施例装置の作用について説明
する。
The operation of the embodiment device configured as described above will be explained.

第5図に示すように、吸気弁10aは、排気行程終了時
の上死点近傍から開弁され、吸気行程途中で閉弁される
。この吸気弁10aから、シリンダ内混合気が流入され
る。燃焼室6を形成する凹部5は、その開口部5aが吸
気弁10a側に部分的に拡張されているので、吸気ボー
ト13から流入される混合気は効率よく直接凹部5内の
みに流入する。
As shown in FIG. 5, the intake valve 10a is opened near top dead center at the end of the exhaust stroke, and closed during the intake stroke. The air-fuel mixture in the cylinder flows into the intake valve 10a. Since the opening 5a of the recess 5 forming the combustion chamber 6 is partially expanded toward the intake valve 10a, the air-fuel mixture flowing from the intake boat 13 efficiently flows directly into the recess 5 only.

吸気弁10bは、吸気弁10aよりも遅れたタイミング
で開閉される。この吸気弁10bからは、実質的に空気
のみが吸入される。凹部燃焼室6内に混合気が流入され
た状態で吸気弁10bがら空気がピストン頂面でかつピ
ストン周辺部近傍に流入されるので、シリンダに対し水
平方向の混合気の成層が形成されるとともに、ピストン
周辺部には空気若しくは非常に希薄な混合気しか存在し
ない状態= 12− が実現される。
The intake valve 10b is opened and closed at a later timing than the intake valve 10a. Substantially only air is taken in through this intake valve 10b. With the air-fuel mixture flowing into the recessed combustion chamber 6, air is introduced into the top surface of the piston and near the periphery of the piston through the intake valve 10b, so that a stratification of the air-fuel mixture is formed in the horizontal direction with respect to the cylinder. , a state = 12- is realized in which only air or a very lean mixture exists around the piston.

この状態で圧縮行程に入り、圧縮行程後半ではスキッシ
ュ流が生じる。この圧縮行程から点火プラグ8による着
火までの間には、上述の如く、ピストン周辺部やスキッ
シュエリアには空気若しくは非常に希Hな混合気しか存
在しないので、自発火が抑えられてノッキングの発生か
防止される。
In this state, the compression stroke begins, and a squish flow occurs in the latter half of the compression stroke. As mentioned above, between this compression stroke and the ignition by the spark plug 8, only air or a very dilute mixture exists around the piston and in the squish area, so spontaneous ignition is suppressed and knocking occurs. or prevented.

第6図に示すように、ピストン1が圧縮行程におるとき
には、凹部開口部5aが絞られて広いスキッシュエリア
かとられているので混合気の強力なスキッシュ流Aが生
じ、燃焼室6内に流入する気流には、凹部開口部5aの
絞りにより強い乱流Bが生じる。この乱流は、開口部5
aの絞り効果により発生するものであるから、吸気ボー
トとは無関係であり、高回転域においても吸気抵抗を増
大させることなく発生される。また、広いスキッシュエ
リア形成により、ノッキングの発生がさらに抑えられる
As shown in FIG. 6, when the piston 1 is in the compression stroke, the concave opening 5a is narrowed to create a wide squish area, so a strong squish flow A of the air-fuel mixture is generated and flows into the combustion chamber 6. Strong turbulence B is generated in the airflow due to the constriction of the recess opening 5a. This turbulent flow is caused by the opening 5
Since it is generated by the throttling effect of a, it has nothing to do with the intake boat, and is generated without increasing intake resistance even in a high rotation range. Furthermore, by forming a wide squish area, the occurrence of knocking can be further suppressed.

ピストン1が上死点又はその近傍に到達すると、第7図
に示すように、点火プラグ8が四部5内に挿入され、燃
焼室6内の強い乱れBが生じている混合気に着火される
。混合気は強い乱流B状態にあるで燃焼室6内で均一に
燃焼され、局部的に燃焼温度が異常高温になることはな
く、NOXは低減される。また、火炎も乱流中を急激に
伝帳される。
When the piston 1 reaches the top dead center or its vicinity, the ignition plug 8 is inserted into the four part 5, as shown in FIG. . The air-fuel mixture is in a state of strong turbulence B and is combusted uniformly within the combustion chamber 6, so that the combustion temperature does not locally become abnormally high, and NOx is reduced. In addition, the flame is rapidly transmitted through the turbulent flow.

膨張行程においては、第8図に示すように、凹部5内か
ら凹部5外へと広がる噴流火炎Cは、四部開口部5aが
絞られているためこの部分で速度が増大され、急激に伝
帳する。そのため、燃焼速度が高められて燃焼期間が短
縮されるとともに、火炎はシリンダ内の隅々まで到達す
る。したがってこの火炎の到達で、ノッキング対策のた
めに広いスキッシュエリアで冷却された未燃ガスが燃焼
され、未燃HCの排出か抑えられる。
In the expansion stroke, as shown in FIG. 8, the jet flame C spreading from the inside of the recess 5 to the outside of the recess 5 increases in speed in this part because the four openings 5a are narrowed, and the jet flame C suddenly spreads from the inside of the recess 5 to the outside of the recess 5. do. Therefore, the combustion speed is increased, the combustion period is shortened, and the flame reaches every corner within the cylinder. Therefore, when this flame arrives, the unburned gas cooled in the wide squish area to prevent knocking is combusted, and the emission of unburned HC is suppressed.

また、前31の如く、スキッシュエリア或いはピストン
周辺部には元々空気若しくは非常に薄い混合気しか存在
しないので、未燃HCを発生させる要因がないか、ある
いはあったとしても上述の良好な火炎伝帳により確実に
燃焼され、未燃トICの発生が抑えられる。
In addition, as shown in No. 31 above, since only air or a very thin air-fuel mixture originally exists in the squish area or around the piston, there is no factor that causes unburned HC, or even if there is, the above-mentioned good flame propagation is not sufficient. The burner ensures reliable combustion and suppresses the generation of unburned IC.

さらに、燃焼室6内で強い乱流を発生させる結果、凹部
5内壁面を介しての熱損失は増大しようとするが、ピス
トン燃焼室内壁面をセラミックで構成することにより、
凹部5内のみ効率よく断熱され、放熱量が抑えられる。
Furthermore, as a result of generating strong turbulent flow within the combustion chamber 6, heat loss through the inner wall surface of the recess 5 tends to increase, but by constructing the inner wall surface of the piston combustion chamber with ceramic,
Only the inside of the recess 5 is efficiently insulated, and the amount of heat radiation can be suppressed.

その結果、この部分からの放熱による冷却損失の増大が
抑えられる。
As a result, an increase in cooling loss due to heat radiation from this portion is suppressed.

この場合、凹部5内壁面以外にはセラミック層は設けら
れないので、ピストン1の周辺部からは適当にシリンダ
ブロック側に放熱され、周辺部の異常高温化は防止され
る。又、凹部内のみが高温化され、この部分に供給され
た混合気は良好に霧化される。
In this case, since no ceramic layer is provided except on the inner wall surface of the recess 5, heat is properly radiated from the peripheral portion of the piston 1 to the cylinder block side, and abnormal heating of the peripheral portion is prevented. Further, only the inside of the recess is heated to a high temperature, and the air-fuel mixture supplied to this portion is well atomized.

次に、第9図および第10図に本発明の第2実施例を示
す。本実施例は、スーパーチャージャ21を用いた過給
機関に本考案を適用したものである。
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIGS. 9 and 10. In this embodiment, the present invention is applied to a supercharged engine using a supercharger 21.

図において、22はエアクリーナ、23はスロットルバ
ルブ、24はサージタンクを示しており、サージタンク
24下流側の吸気管25に、駆動軸26側からのエンジ
ン回転に伴なう駆動力伝達によって回転されるスーパー
チャージャ21が設けられている。吸気管25には圧力
センサ27が設けられており、圧力センサ27とクラン
ク角センサ28の信号がコンピュータ29に入力されて
いる。この入力信号に基づいて、コンピュータ29から
インジェクタ30に噴射制御信号が送られる。第10図
は概略平面図を示しており、33aがピストン32頂部
の凹部31が拡張される側の吸気弁、33bが他方の吸
気弁、34a、34bが排気弁をそれぞれ示している。
In the figure, 22 is an air cleaner, 23 is a throttle valve, and 24 is a surge tank, which is rotated by the driving force transmitted from the drive shaft 26 side to the intake pipe 25 on the downstream side of the surge tank 24. A supercharger 21 is provided. A pressure sensor 27 is provided in the intake pipe 25, and signals from the pressure sensor 27 and the crank angle sensor 28 are input to a computer 29. Based on this input signal, an injection control signal is sent from the computer 29 to the injector 30. FIG. 10 shows a schematic plan view, in which 33a shows the intake valve on the side where the recess 31 at the top of the piston 32 is expanded, 33b shows the other intake valve, and 34a and 34b show the exhaust valves.

このような実施例装置においては、エアクリーナ22に
吸い込まれた新気(空気)はスロットルバルブ23で調
量され、サージタンク24を経てスーパーチャージャ2
1によって吸気管25に導かれる。ここで導かれた空気
は、圧力センサ27と、そのときのエンジン回転数をク
ランク角センサ28で検知した信号とで、コンピュータ
29内で燃料噴射量を演紳し、インジェクタ30に噴射
信号として送られる。そして、噴射された燃料は吸気弁
33aを通りピストン32頂部の凹部31内に供給され
る。
In the device of this embodiment, fresh air (air) sucked into the air cleaner 22 is metered by the throttle valve 23, passes through the surge tank 24, and is sent to the supercharger 2.
1 to the intake pipe 25. The air guided here controls the fuel injection amount in the computer 29 using the pressure sensor 27 and the signal detected by the crank angle sensor 28 to detect the engine speed at that time, and sends it to the injector 30 as an injection signal. It will be done. The injected fuel then passes through the intake valve 33a and is supplied into the recess 31 at the top of the piston 32.

このときの吸気弁33a、33bの開閉タイミングは、
第5図に示したと同様に片方がすこし早く開くように設
定されており、ピストン内の燃焼室の掃気および、冷却
が容易に行われる。とくに本実施例では、吸気行程の初
期にスーパーチャージャ21により過給された新気が燃
焼室に導かれるので、ピストン表面の冷却および掃気が
強力かつ確実に行われる。また、ビス1−ン表面エンド
部の燃料がなくなり、耐ノツク性を向上するとともに未
燃HCを減少させることが可能となる。
The opening/closing timing of the intake valves 33a and 33b at this time is as follows:
As shown in FIG. 5, one side is set to open a little earlier, making it easier to scavenge and cool the combustion chamber inside the piston. In particular, in this embodiment, since fresh air supercharged by the supercharger 21 is introduced into the combustion chamber at the beginning of the intake stroke, cooling of the piston surface and scavenging are performed powerfully and reliably. In addition, the fuel on the end portion of the bison surface disappears, making it possible to improve knock resistance and reduce unburned HC.

なお、上記効果をさらに高めるために、第11図に示す
ように、サージタンク部41等から吸気通路42a、4
2bを2系統にし、吸気通路42a側にスーパーチャー
ジャ43を設け、片側から集中して過給することも可能
である。
In addition, in order to further enhance the above effect, as shown in FIG.
It is also possible to make 2b into two systems, provide the supercharger 43 on the intake passage 42a side, and perform concentrated supercharging from one side.

[考案の効果] 以上説明したように、本発明のガソリン機関の燃焼室に
よるときは、ピストン頂部の燃焼室を形成覆る四部の開
口部を絞って燃焼室内に強(1乱流を発生させるととも
に、該開口部を吸気弁側に部分的に拡張して混合気を直
接凹部内のみ(こ流入させるようにしたので、燃焼期間
の短縮、燃焼効率の向上、NOxの低減を達成しつつ、
確実なノッキング発生の抑制と未燃HC発生の大幅な低
減との両方を達成することができる。
[Effect of the invention] As explained above, when using the combustion chamber of the gasoline engine of the present invention, the four openings that form and cover the combustion chamber at the top of the piston are narrowed to generate strong (1) turbulent flow within the combustion chamber. The opening is partially expanded toward the intake valve side to allow the air-fuel mixture to flow directly into the recess, thereby shortening the combustion period, improving combustion efficiency, and reducing NOx.
Both reliable suppression of knocking and a significant reduction in unburned HC generation can be achieved.

また、凹部内壁面部位をセラミックで構成すれば、ピス
トン周辺部の異常高温化を防止しつつ燃焼室からの放熱
量を抑えることができ、冷却損失の増大を抑制すること
ができる。
Moreover, if the inner wall surface portion of the recess is made of ceramic, it is possible to suppress the amount of heat radiated from the combustion chamber while preventing the piston periphery from becoming abnormally high in temperature, and it is possible to suppress an increase in cooling loss.

本発明はとくに多バルブエンジンに用いて最適であり、
限られた設計自由度内で、効率よく、燃焼室内のみへの
混合気流人、燃焼室内乱流発生、広いスキッシュエリア
、火炎伝帳速度向上を達成できる。
The present invention is particularly suitable for use in multi-valve engines,
Within a limited degree of design freedom, it is possible to efficiently achieve mixed airflow only within the combustion chamber, generation of turbulent flow within the combustion chamber, wide squish area, and increased flame propagation speed.

さらに、吸気系にスーパーチャージャ等を設けて過給新
気を吸気行程初期に導入させるようにすれば、上述の効
果を更に高めることが可能である。
Furthermore, if a supercharger or the like is provided in the intake system to introduce supercharged fresh air at the beginning of the intake stroke, the above-mentioned effects can be further enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例に係るガソリン機関の燃焼
室の縦断面図で第3図のI−I線に沿う縦断面図、 第2図は第1図の装置縦断面図で第3図の■−■線に沿
う縦断面図、 第3図は第1図の装置のピストンの平面図、第4図は第
1図の装置のシリンダヘッド側部分の底面図、 第5図は第4図の装置の各バルブの開閉タイミングを示
すバルブリフト量とクランク角との関係図、 第6図は第2図の装置の圧縮行程における概略構成図、 第7図は第2図の装置のピストン上死点における概略構
成図、 第8図は第2図の装置の膨張行程における概略構成図、 第9図は本考案の第2実施例に係るガソリン機関の燃焼
室の縦断面図、 第10図は第9図の装置の概略平面図、第11図は第9
図の装置の変形例を示す概略平面図、 である。 1・・・・・・・・・・・・ピストン 2・・・・・・・・・・・・シリンダブロック3・・・
・・・・・・・・・シリンダボア4・・・・・・・・・
・・・シリンダヘッド5・・・・・・・・・・・・凹部 5a・・・・・・・・・開口部 6・・・・・・・・・・・・燃焼室 7・・・・・・・・・・・・スキッシュエリア8・・・
・・・・・・・・・点火プラグ9・・・・・・・・・・
・・セラミック層10a、 10b−・・吸気弁 11・・・・・・・・・・・・拡張部 12a、 12b・・・排気弁 13・・・・・・・・・・・・吸気ボート21.43・
・・・・・スーパーチャージジャ22・・・・・・・・
・・・・エアクリーナ23・・・・・・・・・・・・ス
ロットルバルブ24.41・・・・・・サージタンク 27・・・・・・・・・・・・圧力センサ28・・・・
・・・・・・・・クランク角センサ29・・・・・・・
・・・・・コンピュータ30・・・・・・・・・・・・
インジェクタ31・・・・・・・・・・・・凹部 32・・・・・・・・・・・・ピストン33a、33b
・・・吸気弁 特 許 出 願 人  トヨタ自動車株式会社代  理
  人 弁理士 出側 紅組 (他1名) = 21−
1 is a longitudinal sectional view of a combustion chamber of a gasoline engine according to a first embodiment of the present invention, and is a longitudinal sectional view taken along line I-I in FIG. 3. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the device in FIG. 1. A vertical sectional view taken along the line ■-■ in Fig. 3, Fig. 3 is a plan view of the piston of the device shown in Fig. 1, Fig. 4 is a bottom view of the cylinder head side portion of the device shown in Fig. 1, and Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the valve lift amount and crank angle showing the opening/closing timing of each valve in the device shown in FIG. 4, FIG. 6 is a schematic diagram of the compression stroke of the device shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of the device in the expansion stroke of the device shown in FIG. , Fig. 10 is a schematic plan view of the device shown in Fig. 9, and Fig. 11 is a schematic plan view of the device shown in Fig. 9.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a modification of the device shown in the figure. 1...Piston 2...Cylinder block 3...
・・・・・・・・・Cylinder bore 4・・・・・・・・・
... Cylinder head 5 ...... Recessed portion 5a ... Opening 6 ...... Combustion chamber 7 ...・・・・・・・・・Squish area 8...
・・・・・・・・・Spark plug 9・・・・・・・・・・
...Ceramic layers 10a, 10b--Intake valve 11...Extended portions 12a, 12b...Exhaust valve 13...Intake boat 21.43・
...Supercharge Ja 22...
...Air cleaner 23...Throttle valve 24.41...Surge tank 27...Pressure sensor 28...・
......Crank angle sensor 29...
・・・・・・Computer 30・・・・・・・・・・・・
Injector 31...... Recess 32... Piston 33a, 33b
...Intake valve patent applicant Toyota Motor Corporation representative Patent attorney Presenter Benigumi (1 other person) = 21-

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)燃焼用混合気を気筒外で生成する予混合ガソリン
機関において、ピストン頂部にシリンダヘッド下面側に
向かって開口する凹部を設けることにより燃焼室を形成
し、該凹部の開口部の開口面積を凹部内部に対し絞ると
ともに、ピストン上死点近傍においてシリンダヘッド下
面に突設された点火プラグを前記凹部内に挿入させ、か
つ前記凹部の開口部を、吸気弁側に部分的に拡張したこ
とを特徴とするガソリン機関の燃焼室。
(1) In a premixed gasoline engine that generates a combustion mixture outside the cylinder, a combustion chamber is formed by providing a recess at the top of the piston that opens toward the lower surface of the cylinder head, and the opening area of the recess is narrowed into the recess, a spark plug protruding from the lower surface of the cylinder head near the top dead center of the piston is inserted into the recess, and the opening of the recess is partially expanded toward the intake valve side. The combustion chamber of a gasoline engine is characterized by:
(2)前記ピストン頂部の前記凹部内面部位のみがセラ
ミックで構成されている特許請求の範囲第1項記載のガ
ソリン機関の燃焼室。
(2) The combustion chamber for a gasoline engine according to claim 1, wherein only the inner surface of the recess at the top of the piston is made of ceramic.
JP25373586A 1986-10-27 1986-10-27 Combustion chamber of gasoline engine Pending JPS63109222A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008303764A (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Toyota Motor Corp Internal combustion engine equipped with variable valve mechanism and its control method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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