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JP2005232987A - Subsidiary chamber type engine - Google Patents

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JP2005232987A
JP2005232987A JP2004039761A JP2004039761A JP2005232987A JP 2005232987 A JP2005232987 A JP 2005232987A JP 2004039761 A JP2004039761 A JP 2004039761A JP 2004039761 A JP2004039761 A JP 2004039761A JP 2005232987 A JP2005232987 A JP 2005232987A
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JP
Japan
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chamber
sub
main chamber
fresh air
flame jet
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004039761A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironori Sato
裕紀 佐藤
Shunsaku Nakai
俊作 中井
Daiki Tanaka
大樹 田中
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.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a subsidiary chamber type engine having improved combustion efficiency by sufficiently mixing flame jet injected from an injection hole with new air in a main chamber even when the subsidiary chamber is smaller to suppress the production such as NOx and heat loss. <P>SOLUTION: In the subsidiary chamber type engine, new air sucked into the main chamber is compressed with the rise of a piston, the compressed new air is forced to flow into the subsidiary chamber via the injection hole 21 opening to the main chamber, a mixture of the new air flowing into the subsidiary chamber and fuel supplied to the subsidiary chamber is burnt in the subsidiary chamber, and the flame jet F is injected from the subsidiary chamber via the injection hole 21 into the main chamber. A injecting direction Y of the flame jet F via the injection hole 21 corresponds to the swirling direction around an axial center X of the main chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主室に吸気された新気をピストンの上昇により圧縮して、前記圧縮された新気を前記主室に開口する噴射孔を介して副室に流入させ、前記副室に流入した新気と前記副室に供給された燃料との混合気を前記副室において燃焼させて、前記副室から前記噴射孔を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室式エンジンに関する。   The present invention compresses fresh air sucked into the main chamber by raising the piston, causes the compressed fresh air to flow into the sub chamber through the injection hole that opens into the main chamber, and flows into the sub chamber. The present invention relates to a sub-chamber engine in which a mixture of fresh air and fuel supplied to the sub chamber is combusted in the sub chamber, and a flame jet is injected from the sub chamber into the main chamber through the injection hole.

従来のエンジンは単室式と副室式に大別できる。副室式エンジンは、ピストン頂部に接する主室とその主室と噴射孔を介して連通する副室とを燃焼室として備え、主室に吸気された空気又は希薄混合気である新気をピストンの上昇により圧縮して、その圧縮された新気を、噴射孔を介して副室に流入させ、副室に直接供給された燃料を副室に流入した新気を用いて燃焼させて、主室に開口する噴射孔を介して主室に火炎ジェットを噴射するように構成されている(例えば、特許文献1−3を参照。)。
また、このような副室式エンジンは、単室式エンジンと比較して、燃焼室全体として空気に対して燃料が希薄な状態で燃料を燃焼させる希薄燃焼が実現できるため、高効率化を図ることが可能であり、特に、効率向上が求められるコージェネレーションシステム等に導入されている。
Conventional engines can be broadly divided into single-chamber type and sub-chamber type. The sub-chamber engine includes a main chamber that is in contact with the top of the piston and a sub-chamber that communicates with the main chamber via an injection hole as a combustion chamber. The compressed fresh air flows into the sub chamber through the injection holes, and the fuel supplied directly to the sub chamber is burned using the fresh air that has flowed into the sub chamber. It is comprised so that a flame jet may be injected into a main chamber via the injection hole opened to a chamber (for example, refer patent documents 1-3).
Further, such a sub-chamber engine can achieve high efficiency because lean combustion in which fuel is burned in a state where the fuel is lean relative to air in the entire combustion chamber can be realized as compared with a single-chamber engine. In particular, it has been introduced into cogeneration systems and the like that require improved efficiency.

特開2002−276474号公報JP 2002-276474 A 特開2001−303958号公報JP 2001-303958 A 特開2001−263069号公報JP 2001-263069 A

上記のような副室式エンジンでは、副室において比較的燃料が濃い混合気が燃焼するので、副室における燃焼温度が高くなりNOxが生成されやすい状態となる場合がある。また、副室を設けることにより燃焼室全体の表面積が単室式と比較して大きくなり、その燃焼室表面による熱損失が増加する場合がある。つまり、副室式エンジンにおいて副室は小さくして、NOx生成及び熱損失を抑制することが望まれる。   In the sub-chamber engine as described above, since the air-fuel mixture having a relatively high fuel burns in the sub-chamber, the combustion temperature in the sub-chamber becomes high and NOx may be easily generated. Further, by providing the sub chamber, the surface area of the entire combustion chamber becomes larger than that of the single chamber type, and heat loss due to the surface of the combustion chamber may increase. In other words, it is desired that the sub-chamber of the sub-chamber engine is made small to suppress NOx generation and heat loss.

しかし、副室式エンジンにおいて、副室を小さくすると、噴射孔から主室に噴射される火炎ジェットの規模も小さくなってしまい、主室において噴射孔から噴射された火炎ジェット中の未燃成分を主室に存在する新気により充分に燃焼させることができなくなり、更に、新気として主室に希薄混合気を吸気した場合にはその火炎ジェットにより主室の希薄混合気を充分に燃焼させることができなくなってしまい、燃焼効率の低下を招く場合がある。   However, in the sub-chamber engine, if the sub-chamber is made small, the scale of the flame jet injected from the injection hole into the main chamber also becomes small, and unburned components in the flame jet injected from the injection hole in the main chamber are reduced. Insufficient combustion due to the fresh air present in the main chamber. Furthermore, if a lean air-fuel mixture is sucked into the main chamber as new air, the flame jet will sufficiently burn the lean air-fuel mixture in the main chamber. May not be possible, leading to a reduction in combustion efficiency.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばNOx生成及び熱損失の抑制のために副室を小さくした場合でも、主室において噴射孔から噴射された火炎ジェットと新気との混合を充分に行って、燃焼効率を向上することができる副室式エンジンを実現する点にある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the purpose thereof is, for example, a flame jet that is injected from an injection hole in a main chamber even when the sub chamber is made small in order to suppress NOx generation and heat loss. It is in the point which implement | achieves a subchamber engine which can fully mix with fresh air and can improve combustion efficiency.

上記目的を達成するための本発明に係る副室式エンジンは、主室に吸気された新気をピストンの上昇により圧縮して、前記圧縮された新気を前記主室に開口する噴射孔を介して副室に流入させ、前記副室に流入した新気と前記副室に供給された燃料との混合気を前記副室において燃焼させて、前記副室から前記噴射孔を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室式エンジンであって、その第1特徴構成は、前記噴射孔における前記火炎ジェットの噴射方向が、前記主室の軸心に対する旋回方向とされている点にある。   In order to achieve the above object, a sub-chamber engine according to the present invention compresses fresh air sucked into a main chamber by raising a piston, and has an injection hole for opening the compressed fresh air into the main chamber. And the air-fuel mixture of the fresh air flowing into the sub chamber and the fuel supplied to the sub chamber is combusted in the sub chamber, and the main chamber is connected to the main chamber through the injection hole. A sub-chamber engine for injecting a flame jet into a chamber, wherein the first characteristic configuration is that an injection direction of the flame jet in the injection hole is a turning direction with respect to an axis of the main chamber .

上記第1特徴構成によれば、副室式エンジンにおいて、噴射孔からの火炎ジェットの噴射方向が、シリンダ内に筒状に形成された主室の軸心に対する旋回方向となる、即ち、火炎ジェットの噴射方向が主室の軸心に対してねじれの姿勢となるように、噴射孔が形成されているので、噴射孔から噴射された火炎ジェットを主室の軸心を中心に旋回させることができる。そして、火炎ジェットを主室の軸心を中心に旋回させることで、火炎ジェットが主室の新気と良好に混合し、火炎ジェット中の未燃成分を主室に存在する新気により良好に燃焼させ、更に、新気として主室に存在する希薄混合気をその火炎ジェットにより良好に燃焼させることができ、結果、燃焼効率を向上することができる。
従って、本発明により、例えば副室を小さくしてNOxの生成及び熱損失を抑制した場合でも、主室において噴射孔から主室の軸心に対して旋回方向に噴射された火炎ジェットと新気との混合を充分に行って、燃焼効率を向上することができる副室式エンジンを実現することができる。
According to the first characteristic configuration, in the sub-chamber engine, the injection direction of the flame jet from the injection hole is the turning direction with respect to the axial center of the main chamber formed in the cylinder in the cylinder, that is, the flame jet Since the injection hole is formed so that the injection direction of the nozzle is twisted with respect to the axis of the main chamber, the flame jet injected from the injection hole can be swung around the axis of the main chamber it can. Then, by rotating the flame jet around the axis of the main chamber, the flame jet mixes well with the fresh air in the main chamber, and the unburned components in the flame jet are improved by the fresh air present in the main chamber. Further, the lean air-fuel mixture existing in the main chamber as fresh air can be burned well by the flame jet, and as a result, the combustion efficiency can be improved.
Therefore, according to the present invention, for example, even when the sub chamber is made small to suppress generation of NOx and heat loss, the flame jet and fresh air injected in the swirling direction from the injection hole to the axis of the main chamber in the main chamber. Thus, it is possible to achieve a sub-chamber engine that can sufficiently improve the combustion efficiency.

本発明に係る副室式エンジンの第2特徴構成は、前記主室へ新気を導入する吸気ポートが、前記主室に新気の旋回流を発生させるスワールポートとして形成され、前記噴射孔における前記火炎ジェットの噴射方向が、前記新気の旋回流に沿った方向とされている点にある。   The second characteristic configuration of the sub-chamber engine according to the present invention is such that an intake port for introducing fresh air into the main chamber is formed as a swirl port for generating a fresh air swirling flow in the main chamber, The flame jet is injected in a direction along the swirl flow of the fresh air.

上記第2特徴構成によれば、スワールポートとして形成した吸気ポートから新気を吸気することで、主室において新気の軸心回りの旋回流を発生させることができ、更に、噴射孔における火炎ジェットの噴射方向を、上記新気の旋回流に沿った方向とすることで、主室に噴射された火炎ジェットが上記新気の旋回流と共に主室を旋回することになり、火炎ジェットと新気とを一層良好に混合させることができ、燃焼効率を一層向上することができる。   According to the second characteristic configuration, the fresh air is sucked from the intake port formed as the swirl port, so that a swirling flow around the axis of the fresh air can be generated in the main chamber, and the flame in the injection hole By setting the jet direction of the jet along the fresh air swirl flow, the flame jet injected into the main chamber swirls the main chamber together with the fresh air swirl flow. It is possible to mix the gas and the combustion efficiency more efficiently.

本発明に係る副室式エンジンの第3特徴構成は、前記主室の軸心回りに前記噴射孔の複数が分散配置され、前記複数の噴射孔の前記火炎ジェットの噴射方向が、前記主室の軸心に対して互いに同じ向きの旋回方向とされている点にある。   According to a third characteristic configuration of the sub-chamber engine according to the present invention, a plurality of the injection holes are dispersedly arranged around the axis of the main chamber, and the injection direction of the flame jets of the plurality of injection holes is the main chamber. The swiveling directions are the same as each other with respect to the axis.

上記第3特徴構成によれば、主室の軸心周りに分散配置された複数の噴射孔の夫々における火炎ジェットの噴射方向を、前記主室の軸心に対して互いに同じ向きの旋回方向とすることで、複数の噴射孔から噴射された夫々の火炎ジェットにより、主室において強力な火炎ジェットの旋回流を発生させることができ、主室においてその強力な旋回流とされた火炎ジェットと新気とを一層良好に混合させることができ、燃焼効率を一層向上することができる。   According to the third characteristic configuration, the injection direction of the flame jet in each of the plurality of injection holes distributed around the axis of the main chamber is the same swirl direction with respect to the axis of the main chamber. As a result, a powerful swirl of the flame jet can be generated in the main chamber by each flame jet ejected from the plurality of injection holes. It is possible to mix the gas more satisfactorily, and the combustion efficiency can be further improved.

本発明に係る副室式エンジンの第4特徴構成は、燃料が気体燃料である点にある。   A fourth characteristic configuration of the sub-chamber engine according to the present invention is that the fuel is gaseous fuel.

上記第4特徴構成によれば、副室式エンジンは、高圧縮して燃焼室に噴射することが困難である気体燃料を燃料として利用する場合でも、吸気行程の後期又は圧縮行程の前期等の燃焼室の圧力が比較的低い時期に副室に燃料を供給して、その燃料を副室に良好に保持することができ、副室において比較的濃い混合気を安定して燃焼させながら、燃焼室全体として空気に対して燃料が希薄な状態で燃料を燃焼させる希薄燃焼が実現でき、高効率化を図ることができる。   According to the fourth characteristic configuration described above, the sub-chamber engine can be used in the latter half of the intake stroke or the first half of the compression stroke even when gaseous fuel that is highly compressed and difficult to be injected into the combustion chamber is used as fuel. Fuel can be supplied to the sub chamber at a time when the pressure in the combustion chamber is relatively low, and the fuel can be held well in the sub chamber, and combustion is performed while stably burning a relatively rich mixture in the sub chamber. Lean combustion in which fuel is burned in a state where the fuel is lean relative to air as a whole chamber can be realized, and high efficiency can be achieved.

本発明に係る副室式エンジンの実施形態について、図面に基づいて説明する。
図1に示す副室式エンジン100は、ピストン2と、ピストン2を収容してピストン2の頂面と共に主室1を形成するシリンダ3とを備え、ピストン2をシリンダ3内で往復運動させると共に、吸気弁4及び排気弁(図示せず)を開閉動作させて、新気を主室1に取り込み、主室1において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸行程を行い、ピストン2の往復動を連結棒(図示せず)によってクランク軸(図示せず)の回転運動として出力されるものであり、このような構成は、通常の4ストローク内燃機関と変わるところはない。
An embodiment of a sub-chamber engine according to the present invention will be described based on the drawings.
A sub-chamber engine 100 shown in FIG. 1 includes a piston 2 and a cylinder 3 that houses the piston 2 and forms a main chamber 1 together with the top surface of the piston 2, and reciprocates the piston 2 in the cylinder 3. The intake valve 4 and the exhaust valve (not shown) are opened and closed to take in fresh air into the main chamber 1, and various strokes of intake, compression, combustion / expansion, and exhaust are performed in the main chamber 1, and the piston 2 reciprocates. The movement is output as a rotational movement of a crankshaft (not shown) by a connecting rod (not shown), and such a configuration is not different from a normal four-stroke internal combustion engine.

尚、本実施形態の副室式エンジン100において、シリンダ3のボア径は110mmであり、ピストン2のストローク長は106mmであり、ピストン2の位置が上死点位置であるときの最小燃焼室容積に対する、ピストン2の位置が下死点位置であるときの最大燃焼室容積比である圧縮比は17であり、上記最大燃焼室容積から最小燃焼室容積を差し引いた排気量は1007cc(1007×10mm)とされている。また、副室式エンジン100は、クランク軸の回転数が1200rpmで運転される。 In the sub-chamber engine 100 of the present embodiment, the bore diameter of the cylinder 3 is 110 mm, the stroke length of the piston 2 is 106 mm, and the minimum combustion chamber volume when the position of the piston 2 is the top dead center position The compression ratio, which is the maximum combustion chamber volume ratio when the piston 2 is at the bottom dead center position, is 17, and the displacement obtained by subtracting the minimum combustion chamber volume from the maximum combustion chamber volume is 1007 cc (1007 × 10 7 3 mm 3 ). The sub-chamber engine 100 is operated at a crankshaft rotation speed of 1200 rpm.

また、副室式エンジン100は、気体燃料である都市ガス(13A)を燃料Gとして利用するものであり、吸気行程において吸気弁4を開状態として、主室1に空気と少量の燃料Gとの希薄混合気である新気Iを吸入し、圧縮行程においてこの吸入した新気Iを圧縮して燃料Gを燃焼させるものである。   The sub-chamber engine 100 uses city gas (13A), which is a gaseous fuel, as the fuel G. The intake valve 4 is opened in the intake stroke, and air and a small amount of fuel G are placed in the main chamber 1. The fresh air I which is a lean air-fuel mixture is sucked, and the sucked fresh air I is compressed and the fuel G is combusted in the compression stroke.

副室式エンジン100のシリンダヘッド9には、主室1と共に燃焼室として設けられ、主室1に連通路20を介して連通する副室11が設けられており、この副室11を有する副室機構10の構造について以下に説明する。
尚、副室11の容積は、ピストン2の位置が上死点であるときの主室1と副室11との容積の和である総燃焼室容積の1/10程度であり、例えば、7cc(7×10mm)とされている。
The cylinder head 9 of the sub chamber type engine 100 is provided with a main chamber 1 as a combustion chamber, and is provided with a sub chamber 11 communicating with the main chamber 1 through a communication passage 20. The structure of the chamber mechanism 10 will be described below.
The volume of the sub chamber 11 is about 1/10 of the total combustion chamber volume that is the sum of the volumes of the main chamber 1 and the sub chamber 11 when the position of the piston 2 is top dead center. (7 × 10 3 mm 3 ).

また、ピストン2の頂面の中央部には、いわゆる深皿型の凹部2aが形成されている。上記のような凹部2aを形成することで、圧縮行程に於いてピストン2が上昇するときに、ピストン2の頂面外周部から凹部2aの中心部に流れるスキッシュが発生することになる。   A so-called deep dish-shaped recess 2 a is formed at the center of the top surface of the piston 2. By forming the recess 2a as described above, squish flowing from the outer peripheral portion of the top surface of the piston 2 to the center of the recess 2a is generated when the piston 2 rises during the compression stroke.

副室11の上方には、燃料Gを0.2MPa(Gauge)の供給圧力で副室11に供給可能な燃料供給弁30が設けられている。
更にまた、副室11の上方には、副室11の混合気を火花点火可能な点火プラグ32が設けられている。
Above the sub chamber 11, a fuel supply valve 30 capable of supplying the fuel G to the sub chamber 11 with a supply pressure of 0.2 MPa (Gauge) is provided.
Furthermore, a spark plug 32 capable of spark ignition of the air-fuel mixture in the sub chamber 11 is provided above the sub chamber 11.

この副室式エンジン100は、上記のような構成を採用することにより、主室1に吸気された新気Iをピストン2の上昇により圧縮して、圧縮された新気Iを主室1に開口する連通路20を介して副室11に流入させ、副室11に流入した新気Iと燃料供給弁30により副室11に供給された燃料Gとの混合気を副室11において点火プラグ32により火花点火して燃焼させて、副室11から連通路20を介して主室1に火炎ジェットFを噴射するように構成されており、その副室式エンジン100における1サイクルの動作状態について以下に説明する。   The sub-chamber engine 100 employs the above-described configuration to compress the fresh air I sucked into the main chamber 1 by ascending the piston 2, and the compressed fresh air I into the main chamber 1. An air-fuel mixture of fresh air I flowing into the sub chamber 11 and the fuel G supplied to the sub chamber 11 by the fuel supply valve 30 in the sub chamber 11 is opened in the sub chamber 11 via the open communication passage 20. 32 is configured to be ignited by a spark and burned to inject a flame jet F from the sub chamber 11 into the main chamber 1 via the communication passage 20. This will be described below.

図3に示すように、副室式エンジン100は、先ず、吸気弁4が開状態となり、ピストン2のTDC(上死点)からの下降により、主室1に希薄混合気である新気Iが吸入される吸気行程が行われる。
このとき副室11に設置された燃料供給弁30が吸気弁4の開時期に対して若干遅れた時期に開状態となり、副室11への燃料Gの供給を開始される。
As shown in FIG. 3, in the sub-chamber engine 100, first, the intake valve 4 is opened, and the piston 2 is lowered from TDC (top dead center). An intake stroke is performed in which the air is inhaled.
At this time, the fuel supply valve 30 installed in the sub chamber 11 is opened at a time slightly delayed from the opening timing of the intake valve 4, and the supply of the fuel G to the sub chamber 11 is started.

後に、吸気弁4及び燃料供給弁30が同時期に閉状態となり、ピストン2の上昇により、主室1に吸気された新気Iを圧縮する、いわゆる圧縮行程が行われる。   Later, the intake valve 4 and the fuel supply valve 30 are closed at the same time, and a so-called compression stroke is performed in which the fresh air I sucked into the main chamber 1 is compressed by the rise of the piston 2.

尚、圧縮行程初期の副室11がまだ低圧状態のときに、燃料供給弁30を開状態として燃料Gを副室11に供給しても良い。   Note that when the sub chamber 11 in the initial stage of the compression stroke is still in a low pressure state, the fuel supply valve 30 may be opened to supply the fuel G to the sub chamber 11.

このように副室11に燃料を供給することにより、副室11に供給された燃料Gの一部は、連通路20を介して主室1に流出するのであるが、上記の連通路20の断面積比が非常に小さく設定されているため、その流出量は、副室11に供給された全副室燃料供給量の5%程度となる。   By supplying the fuel to the sub chamber 11 in this way, a part of the fuel G supplied to the sub chamber 11 flows out to the main chamber 1 through the communication passage 20. Since the cross-sectional area ratio is set to be extremely small, the outflow amount is about 5% of the total sub chamber fuel supply amount supplied to the sub chamber 11.

そして、次の圧縮行程では、ピストン2の上昇により、主室1の容積減少によって、主室1の新気Iが連通路20介して副室11に流入し、副室11には、連通路20から上方に向かう新気流が発生し、その新気流が点火プラグ32の点火領域に到達する。
よって、副室11の上記点火プラグ32の点火領域では、その新気Iと燃料Gとが混合されて、火花点火可能範囲内の当量比の混合気が形成される。
In the next compression stroke, as the piston 2 moves up, the volume of the main chamber 1 decreases and the fresh air I in the main chamber 1 flows into the sub chamber 11 through the communication passage 20. A new airflow is generated upward from 20, and the new airflow reaches the ignition region of the spark plug 32.
Therefore, in the ignition region of the spark plug 32 in the sub chamber 11, the fresh air I and the fuel G are mixed to form an air-fuel mixture having an equivalent ratio within the spark ignition possible range.

この圧縮行程では、連通路20が所謂絞り弁のように働き、主室1の圧力はほぼ圧縮比どおりの圧力になるが、副室11の最高到達圧力は、主室1の最高到達圧力の圧力よりも低下したものになる。
よって、上記圧縮行程終了時にて、副室11には、比較的低い圧力場で当量比が1.0−1.6程度、好適には当量比が1.3−1.5程度の混合気が存在し、主室1には、比較的高い圧力場で当量比が0.4−0.55、好適には当量比が0.45−0.50程度の混合気が存在することになる。尚、副室11に形成する混合気の当量比を理論当量比よりも増加させるほど、副室11におけるNOx生成量を低減することができると共に、主室1への燃料供給量に対する副室11への燃料供給量の割合を増加させることで、主室1において燃焼する混合気を希薄化して、一層の低NOx化を図ることができる。
In this compression stroke, the communication passage 20 works like a so-called throttle valve, and the pressure in the main chamber 1 becomes a pressure substantially equal to the compression ratio, but the maximum ultimate pressure in the sub chamber 11 is the maximum ultimate pressure in the main chamber 1. It will be lower than the pressure.
Therefore, at the end of the compression stroke, the sub-chamber 11 has an air-fuel mixture with an equivalence ratio of about 1.0 to 1.6, preferably about 1.3 to 1.5 in a relatively low pressure field. In the main chamber 1, an air-fuel mixture having an equivalence ratio of about 0.4 to 0.55, and preferably an equivalence ratio of about 0.45 to 0.50 exists in a relatively high pressure field. . As the equivalent ratio of the air-fuel mixture formed in the sub chamber 11 is increased from the theoretical equivalent ratio, the NOx generation amount in the sub chamber 11 can be reduced, and the sub chamber 11 with respect to the fuel supply amount to the main chamber 1 is reduced. By increasing the ratio of the amount of fuel supplied to the fuel, the air-fuel mixture combusted in the main chamber 1 can be diluted to further reduce NOx.

そして、副室式エンジン100は、10°BTDC付近において、点火プラグ32を働かせて、上記副室11に形成された混合気を火花点火して燃焼させる。   The sub-chamber engine 100 operates the spark plug 32 in the vicinity of 10 ° BTDC to spark-ignite and burn the air-fuel mixture formed in the sub-chamber 11.

すると副室11では、その圧力が通常のSIエンジンなみであるため、急激な圧力上昇を伴わず、燃焼が進み、副室11の燃焼しなかった燃料Gと共に、火炎ジェットFが連通路20を介して主室1に噴出される。   Then, since the pressure in the sub chamber 11 is the same as that of a normal SI engine, the combustion proceeds without a rapid pressure increase, and the flame jet F passes through the communication path 20 together with the fuel G not combusted in the sub chamber 11. Through the main chamber 1.

一方、主室1においては、高圧力場で、連通路20から噴出された火炎ジェットFにより希薄混合気を燃焼させるので、副室11と同様に急激な圧力上昇を伴わず、高効率且つ低NOxとなる燃焼が行われる。
このような主室1における燃焼状態は、通常のSIエンジンに近い状態であるが、圧縮比を高く設定した場合においてもノッキングが発生しないため、熱効率を向上することができる。また、主室11に吸気される新気Iの当量比を大きくして、出力を増加させた場合でも、良好にノッキングを回避することができるため、ノッキング限界における当量比を高くすることができ、広い出力調整範囲を確保することができる。
また、副室11を混合気の当量比が濃い側に、主室1を混合気の当量比を希薄側に設定しているため、NOxも抑制することができる。
On the other hand, in the main chamber 1, the lean air-fuel mixture is burned by the flame jet F ejected from the communication passage 20 in a high pressure field. Combustion to become NOx is performed.
Although the combustion state in the main chamber 1 is a state close to that of a normal SI engine, knocking does not occur even when the compression ratio is set high, so that the thermal efficiency can be improved. Further, even when the equivalent ratio of the fresh air I sucked into the main chamber 11 is increased and the output is increased, knocking can be avoided well, so that the equivalent ratio at the knocking limit can be increased. A wide output adjustment range can be ensured.
Further, since the sub-chamber 11 is set on the side where the equivalence ratio of the air-fuel mixture is high and the main chamber 1 is set on the lean side of the air-fuel mixture, NOx can also be suppressed.

そして、このように運転される副室式エンジン100において、副室11と主室1とを連通する連通路20は、図2にも示すように、副室11から主室1の軸心(ピストン2の軸心)Xと同じ軸心を有する円筒状に主室1側に延出形成されており、更に、その連通路20は、上記主室1の軸心Xを中心に周方向に等間隔で分散配置され主室1に開口する4つの筒状の噴射孔21を有し、火炎ジェットFが夫々の噴射孔21から主室1に噴射孔21の筒軸心方向に沿って噴射される。   In the sub-chamber engine 100 operated in this way, the communication passage 20 that communicates the sub-chamber 11 and the main chamber 1 is connected to the axis (from the sub-chamber 11 to the main chamber 1 as shown in FIG. 2). The axial center of the piston 2) extends in the shape of a cylinder having the same axis as the main chamber 1 and has a communication passage 20 extending in the circumferential direction around the axis X of the main chamber 1. There are four cylindrical injection holes 21 that are distributed at regular intervals and open to the main chamber 1, and the flame jet F is injected from the respective injection holes 21 into the main chamber 1 along the axial direction of the injection hole 21. Is done.

更に、噴射孔21における火炎ジェットFの噴射方向Y、即ち、噴射孔21の筒軸心方向が、主室1の軸心Xに対する旋回方向となるように、夫々の噴射孔21が形成されており、具体的には、噴射孔21の軸心が主室1の軸心に対して交差せず且つ平衡でない方向、例えば、主室1の軸心を中心とする円の接線方向とされている。
よって、燃焼膨張行程において噴射孔21から噴射された火炎ジェットFは、主室1の軸心Xを中心に旋回することになるので、火炎ジェットFは主室1の新気である希薄混合気と良好に混合され、火炎ジェットF中の未燃成分及び希薄混合気が主室1に存在する空気により良好に燃焼される。
Further, each injection hole 21 is formed such that the injection direction Y of the flame jet F in the injection hole 21, that is, the cylinder axis direction of the injection hole 21 is the turning direction with respect to the axis X of the main chamber 1. Specifically, the axis of the injection hole 21 does not intersect the axis of the main chamber 1 and is not balanced, for example, a tangential direction of a circle centered on the axis of the main chamber 1 Yes.
Therefore, since the flame jet F injected from the injection hole 21 in the combustion expansion stroke turns around the axis X of the main chamber 1, the flame jet F is a lean mixture that is fresh air of the main chamber 1. The unburned components and the lean air-fuel mixture in the flame jet F are burned well by the air present in the main chamber 1.

更に、4つの噴射孔21の夫々における火炎ジェットFの噴射方向Yは、主室1の軸心Xに対して同じ向きの旋回方向とされており、4つの噴射孔21から噴射された夫々の火炎ジェットFは、主室1において強力な火炎ジェットFの旋回流となって新気Iと一層良好に混合されることになり、燃焼効率が一層向上される。   Furthermore, the injection direction Y of the flame jet F in each of the four injection holes 21 is the same turning direction with respect to the axis X of the main chamber 1, and each of the injections from the four injection holes 21 is performed. The flame jet F becomes a swirl flow of the powerful flame jet F in the main chamber 1 and is mixed with the fresh air I better, and the combustion efficiency is further improved.

副室式エンジン100の新気Iを主室1に導入する吸気ポート5は、主室1に新気Iの旋回流を発生させるスワールポートとして構成されており、更に、噴射孔21の火炎ジェットFの噴射方向Yは、その新気Iの旋回流に沿った方向とされている。
即ち、主室1に噴射された火炎ジェットFは新気Iの旋回流と共に主室1を旋回することになるので、火炎ジェットFと新気Iとが一層良好に混合し、燃焼効率が一層向上されている。
The intake port 5 for introducing the fresh air I of the sub-chamber engine 100 into the main chamber 1 is configured as a swirl port for generating a swirling flow of the fresh air I in the main chamber 1, and further, a flame jet in the injection hole 21. The injection direction Y of F is a direction along the swirl flow of the fresh air I.
That is, since the flame jet F injected into the main chamber 1 swirls in the main chamber 1 together with the swirling flow of the fresh air I, the flame jet F and the fresh air I are mixed better, and the combustion efficiency is further improved. Has been improved.

〔別実施形態〕
(1)上記実施の形態では、噴射孔21の火炎ジェットFの噴射方向Yを、主室1の軸心を中心とする円の接線方向とし、更に、新気Iの旋回流に沿った方向とするように、噴射孔21を形成したが、噴射孔21の火炎ジェットFの噴射方向が主室1の軸心Xに対する旋回方向である条件で、噴射孔21の形状を適宜改変しても構わない。
例えば、火炎ジェットFの噴射方向Yを、主室1の軸心を中心とする円の接線方向よりも若干ピストン2に向かう方向(下向き)に傾斜させるように噴射孔21を形成することで、火炎ジェットFがシリンダヘッド9の壁面に接触することで熱損失が発生することを防止することができる。また、火炎ジェットFの噴射方向Yを新気Iの旋回流とは逆の方向とするように噴射孔21を形成することで、火炎ジェットと新気Iとを衝突させて混合することができる。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the injection direction Y of the flame jet F in the injection hole 21 is a tangential direction of a circle centered on the axis of the main chamber 1, and the direction along the swirl flow of the fresh air I Although the injection hole 21 is formed as described above, even if the shape of the injection hole 21 is appropriately modified under the condition that the injection direction of the flame jet F in the injection hole 21 is the turning direction with respect to the axis X of the main chamber 1. I do not care.
For example, by forming the injection hole 21 so that the injection direction Y of the flame jet F is slightly inclined toward the piston 2 (downward) from the tangential direction of the circle centering on the axis of the main chamber 1, It is possible to prevent heat loss from occurring when the flame jet F contacts the wall surface of the cylinder head 9. Further, by forming the injection hole 21 so that the jet direction Y of the flame jet F is opposite to the swirl flow of the fresh air I, the flame jet and the fresh air I can collide and be mixed. .

(2)上記実施の形態では、副室式エンジン100を、点火プラグ32を備えた火花点火式に構成したが、別に、点火プラグ32を備えずに、混合気を自己着火させるディーゼル式に構成することもできる。即ち、ディーゼル式の副室式エンジンは、副室11において形成された混合気に圧縮行程終了時に燃料Gよりも着火性が高い軽油などの助燃剤を噴射して自己着火させ燃焼させ、それにより噴射孔21から主室1に火炎ジェットを噴射させるように構成される。 (2) In the above embodiment, the sub-chamber engine 100 is configured as a spark ignition type equipped with the spark plug 32, but separately configured as a diesel type that does not include the spark plug 32 and self-ignites the air-fuel mixture. You can also That is, the diesel sub-chamber engine injects an auxiliary combustor such as light oil having higher ignitability than the fuel G into the air-fuel mixture formed in the sub-chamber 11 at the end of the compression stroke, and self-ignites and burns it. A flame jet is injected from the injection hole 21 into the main chamber 1.

(3)本発明に係る副室式エンジンは、前述の実施形態で説明したように、都市ガス等の気体燃料を利用する場合に優れた効果を発揮するものであり、このような気体燃料としては、上記都市ガス以外に水素やプロパン等のCOやHを主成分とする炭化水素以外の気体燃料がある。また、本発明に係る副室式エンジンは、もちろん気体燃料以外の燃料を利用することもでき、例えば、ガソリン、アルコール、メタノール、エタノール、任意の燃料を使用することができる。 (3) The sub-chamber engine according to the present invention exhibits an excellent effect when using a gaseous fuel such as city gas as described in the above-described embodiment, and as such a gaseous fuel, In addition to the above-mentioned city gas, there are gaseous fuels other than hydrocarbons mainly containing CO and H 2 such as hydrogen and propane. In addition, the sub-chamber engine according to the present invention can of course use a fuel other than the gaseous fuel, for example, gasoline, alcohol, methanol, ethanol, or any fuel.

副室式エンジンの概略構成図Schematic diagram of sub-chamber engine 噴射孔の形成状態を示す図The figure which shows the formation state of an injection hole 副室式エンジンの動作状態を示すタイムチャート図Time chart showing the operating state of the sub-chamber engine

符号の説明Explanation of symbols

1:主室
5:吸気ポート
10:副室機構
11:副室
20:連通路
21:噴射孔
30:燃料供給弁
32:点火プラグ
100:副室式エンジン
X:軸心
Y:噴射方向
1: Main chamber 5: Intake port 10: Sub chamber mechanism 11: Sub chamber 20: Communication passage 21: Injection hole 30: Fuel supply valve 32: Spark plug 100: Sub chamber type engine X: Center Y: Injection direction

Claims (4)

主室に吸気された新気をピストンの上昇により圧縮して、前記圧縮された新気を前記主室に開口する噴射孔を介して副室に流入させ、前記副室に流入した新気と前記副室に供給された燃料との混合気を前記副室において燃焼させて、前記副室から前記噴射孔を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室式エンジンであって、
前記噴射孔における前記火炎ジェットの噴射方向が、前記主室の軸心に対する旋回方向とされている副室式エンジン。
The fresh air sucked into the main chamber is compressed by the rise of the piston, and the compressed fresh air is caused to flow into the sub chamber through the injection holes that open to the main chamber, and the fresh air that has flowed into the sub chamber A sub-chamber engine that burns an air-fuel mixture with fuel supplied to the sub-chamber in the sub-chamber and injects a flame jet into the main chamber from the sub-chamber via the injection holes;
A sub-chamber engine in which an injection direction of the flame jet in the injection hole is a turning direction with respect to an axis of the main chamber.
前記主室へ新気を導入する吸気ポートが、前記主室に新気の旋回流を発生させるスワールポートとして形成され、
前記噴射孔における前記火炎ジェットの噴射方向が、前記新気の旋回流に沿った方向とされている請求項1に記載の副室式エンジン。
An intake port that introduces fresh air into the main chamber is formed as a swirl port that generates a swirling flow of fresh air in the main chamber,
The sub-chamber engine according to claim 1, wherein an injection direction of the flame jet in the injection hole is a direction along the swirling flow of the fresh air.
前記主室の軸心回りに前記噴射孔の複数が分散配置され、
前記複数の噴射孔の前記火炎ジェットの噴射方向が、前記主室の軸心に対して互いに同じ向きの旋回方向とされている請求項1又は2に記載の副室式エンジン。
A plurality of the injection holes are dispersedly arranged around the axis of the main chamber,
The sub-chamber engine according to claim 1 or 2, wherein an injection direction of the flame jet of the plurality of injection holes is a turning direction in the same direction with respect to an axis of the main chamber.
燃料が気体燃料である請求項1から3の何れか1項に記載の副室式エンジン。   The sub-chamber engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel is gaseous fuel.
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