JP2005133664A - Engine - Google Patents

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裕紀 佐藤
Shunsaku Nakai
俊作 中井
Koji Moriya
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine capable of supplying fuel directly into a combustion chamber at a low pressure with the following simple structure: the engine is equipped with an intake passage for introducing fresh air into the combustion chamber, an intake valve for opening and closing the intake passage for the combustion chamber, a fuel passage for introducing fuel into the combustion chamber and a fuel valve for opening and closing the fuel passage for the combustion chamber, so as to guide new air into the combustion chamber with the intake valve open and to supply fuel directly into the combustion chamber with the fuel valve open during the intake stroke where a piston operates in such a direction as to expand the combustion chamber. <P>SOLUTION: During the intake stroke, this engine maintains the intake valve 4 closed within such a fuel-supply period I1 that a fuel valve 13 is kept open. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃焼室に新気を導入する吸気路と、前記燃焼室に対して前記吸気路を開閉する吸気弁と、燃料を前記燃焼室に導入する燃料路と、前記燃焼室に対して前記燃料路を開閉する燃料弁とを備え、
前記燃焼室を拡大する方向にピストンが動作する吸気行程において、前記吸気弁を開状態として前記燃焼室に新気を供給すると共に、前記燃料弁を開状態として前記燃焼室に直接燃料を供給して、前記燃焼室に混合気を形成するエンジンに関する。 The present invention provides an intake passage for introducing fresh air into a combustion chamber, an intake valve for opening and closing the intake passage with respect to the combustion chamber, a fuel passage for introducing fuel into the combustion chamber, and the combustion chamber A fuel valve for opening and closing the fuel path,
In the intake stroke in which the piston operates in the direction of expanding the combustion chamber, the intake valve is opened to supply fresh air to the combustion chamber, and the fuel valve is opened to supply fuel directly to the combustion chamber. And an engine for forming an air-fuel mixture in the combustion chamber.

吸気行程において燃料を燃焼室に直接供給するように構成される火花点火式エンジンとしては、排ガス性状及び燃費の改善に有効な層状吸気エンジンがある。   As a spark ignition engine configured to supply fuel directly to a combustion chamber in an intake stroke, there is a stratified intake engine effective in improving exhaust gas properties and fuel consumption.

層状吸気エンジンは、燃焼室の点火プラグ近傍に燃料を直接供給することで、燃焼室の点火プラグ近傍の点火領域に、火花点火可能な当量比の濃混合気を形成し、その点火領域の周辺の希薄領域に、点火領域の混合気よりも当量比が低い希薄混合気を形成するように構成される。そして、このような層状吸気エンジンは、上記点火領域に形成された濃混合気を点火プラグにより点火して燃焼させ、その火炎により上記希薄領域に形成された希薄混合気を燃焼させるので、全体として燃料を希薄状態で燃焼させることができる。
また、層状吸気エンジンとしては、単室式と副室式とがある。 In a stratified intake engine, fuel is directly supplied to the vicinity of the ignition plug in the combustion chamber, thereby forming a rich mixture with an equivalent ratio capable of spark ignition in the ignition region in the vicinity of the ignition plug in the combustion chamber. In this lean region, a lean mixture having a lower equivalence ratio than the mixture in the ignition region is formed. In such a stratified intake engine, the rich air-fuel mixture formed in the ignition region is ignited by the spark plug and burned, and the lean air-fuel mixture formed in the lean region is combusted by the flame, so that as a whole The fuel can be burned in a lean state.
Further, the stratified intake engines include a single chamber type and a sub chamber type.

単室式の層状吸気エンジンは、燃焼室としてピストン頂部に接する主室のみを設け、その主室に点火プラグを設けたものである。即ち、このエンジンは、燃焼室に直接供給された燃料を、例えばピストン頂部中央に形成された凹部における新気の流れを利用して、点火プラグ近傍の点火領域に到達させることで、その点火領域に濃混合気を形成し、点火領域の濃混合気を点火プラグにより火花点火燃焼させることで、その周辺の希薄領域に形成された希薄混合気を燃焼させる所謂成層燃焼を行うように構成されている。   The single-chamber stratified intake engine has only a main chamber in contact with the top of a piston as a combustion chamber, and a spark plug is provided in the main chamber. That is, this engine uses the flow of fresh air in a recess formed in the center of the piston top, for example, to reach the ignition region in the vicinity of the spark plug. The rich mixture is formed in the ignition region, and the rich mixture in the ignition region is spark-ignited and burned by the spark plug, so that the so-called stratified combustion is performed to burn the lean mixture formed in the peripheral lean region. Yes.

一方、副室式の層状吸気エンジンは、燃焼室として、ピストン頂部に接する主室の他に、その主室と連通路を介して連通する副室を設け、その副室に点火プラグを設けたものである。即ち、このエンジンは、主室に空気又は希薄混合気等の新気を供給すると共に、副室に燃料を直接供給し、副室に供給した燃料を、圧縮行程において主室から連通路を介して副室に流入した新気と混合することで、点火領域としての副室に濃混合気を形成し、その副室の濃混合気を点火プラグにより火花点火燃焼させることで、副室から連通路を介して主室に噴射される火炎ジェットにより、希薄領域としての主室に形成された希薄混合気を燃焼させる所謂副室燃焼を行うように構成されている（例えば、特許文献１，２参照。）。   On the other hand, in the sub-chamber type stratified intake engine, as a combustion chamber, in addition to the main chamber contacting the top of the piston, a sub-chamber communicating with the main chamber via a communication passage is provided, and an ignition plug is provided in the sub-chamber. Is. That is, this engine supplies fresh air such as air or a lean air-fuel mixture to the main chamber, and directly supplies fuel to the sub chamber. The fuel supplied to the sub chamber is supplied from the main chamber to the main chamber via the communication path in the compression stroke. By mixing with fresh air flowing into the sub-chamber, a rich air-fuel mixture is formed in the sub-chamber as an ignition region, and the rich air-fuel mixture in the sub-chamber is spark-ignited and combusted by the spark plug, so that A so-called sub-chamber combustion in which a lean air-fuel mixture formed in a main chamber as a lean region is burned by a flame jet injected into the main chamber through a passage (for example, Patent Documents 1 and 2). reference.).

また、副室式の層状吸気エンジンは、吸気行程の燃焼室の圧力が比較的低いときに、副室に燃料を供給しておいても、その燃料を副室に良好に保持することができるので、簡単に、副室に濃混合気を形成することができる。よって、この副室式の層状吸気エンジンは、燃料噴射弁の簡素化が可能であり、例えば燃料として高圧縮が困難な天然ガス等の気体燃料を用いたガスエンジンに簡単に適用することができる。   Further, the sub-chamber type stratified intake engine can satisfactorily hold the fuel in the sub chamber even when the fuel is supplied to the sub chamber when the pressure of the combustion chamber in the intake stroke is relatively low. Therefore, it is possible to easily form a rich mixture in the sub chamber. Therefore, this sub-chamber type stratified intake engine can simplify the fuel injection valve, and can be easily applied to, for example, a gas engine using a gaseous fuel such as natural gas that is difficult to compress as a fuel. .

吸気行程において燃料を燃焼室に直接供給するように構成される圧縮着火エンジンとしては、排ガス性状及び燃費の改善に有効な予混合圧縮着火エンジンがある（例えば、特許文献３参照。）。   As a compression ignition engine configured to supply fuel directly to a combustion chamber in an intake stroke, there is a premixed compression ignition engine effective for improving exhaust gas properties and fuel consumption (see, for example, Patent Document 3).

予混合圧縮着火エンジンは、ディーゼルエンジンのように圧縮行程終了時に燃料を噴射するのではなく、火花点火エンジンのように、吸気行程において燃料室に直接燃料を供給するなどして、燃焼室に予め混合気を形成するように構成される。そして、このような予混合圧縮着火エンジンは、圧縮行程においてその混合気を高圧縮して、混合気を自己着火温度まで昇温させることで、自己着火燃焼させるので、燃料を希薄状態で燃焼させることができる。
また、予混合圧縮着火エンジンは、ディーゼルエンジンのように燃料を高圧縮して燃焼室に噴射する必要がないので、例えば燃料として高圧縮が困難な天然ガス等の気体燃料を用いたガスエンジンに簡単に適用することができる。 A premixed compression ignition engine does not inject fuel at the end of the compression stroke as in a diesel engine, but directly supplies fuel to the fuel chamber in the intake stroke as in a spark ignition engine. It is configured to form an air-fuel mixture. In such a premixed compression ignition engine, the air-fuel mixture is highly compressed in the compression stroke, and the air-fuel mixture is heated to the self-ignition temperature to cause self-ignition combustion, so that the fuel is burned in a lean state. be able to.
In addition, since the premixed compression ignition engine does not need to be highly compressed and injected into the combustion chamber unlike a diesel engine, for example, a gas engine using a gaseous fuel such as natural gas which is difficult to compress as a fuel. Easy to apply.

特開２００２−２７６４７４号公報JP 2002-276474 A 特開２００１−２６３０６９号公報JP 2001-263069 A 特開２００２−０２１５６７号公報JP 2002-021567 A

前述のように、吸気行程において燃料を燃焼室に直接供給するように構成されるエンジンにおいては、新気の燃料路への流入を阻止し、更に、燃料の燃焼室への供給効率を向上するために、燃料路における燃料の圧力をある程度高くして、燃料を燃焼室に押し込む必要がある。   As described above, in an engine configured to supply fuel directly to the combustion chamber in the intake stroke, the flow of fresh air into the fuel path is prevented, and further, the efficiency of supplying fuel to the combustion chamber is improved. Therefore, it is necessary to increase the pressure of the fuel in the fuel path to some extent and push the fuel into the combustion chamber.

特に、新気を燃焼室に過給する過給機を設けた場合には、吸気行程において吸気弁を開状態としているときには、燃焼室の圧力は過給された新気と同等の比較的高い圧力になるので、燃料路における燃料の圧力を少なくとも新気の圧力よりも高くする必要がある。そして、その燃料の圧力を、燃料供給元における供給圧以上に加圧必要がある場合には、別途燃料を加圧するためのポンプを設置する必要があり、特に、供給圧が比較的低い都市ガスを燃料として利用する場合には、このようなガスポンプが必要となる可能性が高い。
また、天然ガス等の気体燃料を加圧するためのガスポンプは、比較的大掛かりなものであり、装置の大型化の要因となる。 In particular, when a supercharger that supercharges fresh air into the combustion chamber is provided, when the intake valve is open during the intake stroke, the pressure in the combustion chamber is relatively high, equivalent to that of the supercharged fresh air. Therefore, the pressure of the fuel in the fuel passage must be at least higher than the pressure of fresh air. When the pressure of the fuel needs to be higher than the supply pressure at the fuel supply source, it is necessary to install a pump for pressurizing the fuel separately. Such a gas pump is likely to be necessary when using as a fuel.
In addition, a gas pump for pressurizing a gaseous fuel such as natural gas is relatively large and causes an increase in the size of the apparatus.

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、簡単な構成で、燃料を比較的低圧状態で燃焼室に直接供給することができるエンジンを実現する点にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize an engine that can supply fuel directly to a combustion chamber in a relatively low pressure state with a simple configuration.

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンの第１特徴構成は、燃焼室に新気を導入する吸気路と、前記燃焼室に対して前記吸気路を開閉する吸気弁と、燃料を前記燃焼室に導入する燃料路と、前記燃焼室に対して前記燃料路を開閉する燃料弁とを備え、
前記燃焼室を拡大する方向にピストンが動作する吸気行程において、前記吸気弁を開状態として前記燃焼室に新気を供給すると共に、前記燃料弁を開状態として前記燃焼室に直接燃料を供給して、前記燃焼室に混合気を形成するエンジンであって、
前記吸気行程において、前記燃料弁を開状態とする燃料供給期間に、前記吸気弁を閉状態とすることを特徴とする点にある。 In order to achieve the above object, a first characteristic configuration of an engine according to the present invention includes an intake passage for introducing fresh air into a combustion chamber, an intake valve for opening and closing the intake passage with respect to the combustion chamber, A fuel passage for introducing into the combustion chamber; and a fuel valve for opening and closing the fuel passage with respect to the combustion chamber;
In the intake stroke in which the piston operates in the direction of expanding the combustion chamber, the intake valve is opened to supply fresh air to the combustion chamber, and the fuel valve is opened to supply fuel directly to the combustion chamber. An engine that forms an air-fuel mixture in the combustion chamber,
In the intake stroke, the intake valve is closed during a fuel supply period in which the fuel valve is open.

上記第１特徴構成によれば、燃焼室を拡大する方向にピストンが動作する吸気行程において、燃料弁を開状態とする燃料供給期間に、吸気弁を閉状態とすることで、燃焼室への新気の吸入を阻止して、燃焼室の圧力を吸気路の新気の圧力よりも低下させ、更に、ピストンの動作による吸入作用を燃料路側に働かせて、燃料路の燃料の圧力が比較的低くても、その燃料を燃焼室に供給することができる。
従って、このような簡単な構成で、燃料を比較的低圧状態で燃焼室に直接供給することができるエンジンを実現することができる。
尚、吸気行程における上記燃料供給期間以外の新気供給期間には、吸気弁を開状態とすることで、吸気路の新気を燃焼室に供給することができる。 According to the first characteristic configuration, in the intake stroke in which the piston operates in the direction in which the combustion chamber is expanded, the intake valve is closed during the fuel supply period in which the fuel valve is opened. The intake of fresh air is blocked, the pressure in the combustion chamber is made lower than the pressure of fresh air in the intake passage, and the intake action by the operation of the piston is applied to the fuel passage, so that the fuel pressure in the fuel passage is relatively low. Even if it is low, the fuel can be supplied to the combustion chamber.
Therefore, an engine capable of directly supplying fuel to the combustion chamber in a relatively low pressure state with such a simple configuration can be realized.
In addition, during the fresh air supply period other than the fuel supply period in the intake stroke, fresh air in the intake passage can be supplied to the combustion chamber by opening the intake valve.

本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記燃料供給期間が前記吸気行程の初期に設定されている点にある。   A second characteristic configuration of the engine according to the present invention is that, in addition to the first characteristic configuration, the fuel supply period is set at an initial stage of the intake stroke.

上記第２特徴構成によれば、吸気弁を閉状態とし燃料弁を開状態とする燃料供給期間を、吸気行程の初期に設定することで、吸気弁を吸気行程前の排気行程から燃料供給期間にかけて継続して閉状態とすることができるので、吸気弁を開閉するカム機構等の構成を単純化することができ、更に、その燃料供給期間終了後から次の圧縮行程までの、吸気弁を開状態とする新気供給期間とすることで、燃料供給期間に燃焼室の圧力が吸気路の圧力よりも低くなったとしても、燃焼室の圧力を吸気路の圧力と同等にもどすことができるので、燃焼室への充填効率の低下を防止することができる。   According to the second characteristic configuration, the fuel supply period in which the intake valve is closed and the fuel valve is in the open state is set to the initial stage of the intake stroke, whereby the intake valve is changed from the exhaust stroke before the intake stroke to the fuel supply period. Therefore, it is possible to simplify the configuration of the cam mechanism and the like for opening and closing the intake valve, and further, the intake valve from the end of the fuel supply period to the next compression stroke can be simplified. By setting the fresh air supply period to be in the open state, even if the pressure in the combustion chamber becomes lower than the pressure in the intake passage during the fuel supply period, the pressure in the combustion chamber can be returned to the same pressure as the pressure in the intake passage. Therefore, it is possible to prevent a decrease in charging efficiency into the combustion chamber.

本発明に係るエンジンの第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記燃焼室が、前記ピストンの頂部と接する主室と、前記主室に連通路を介して連通する副室とからなり、
前記吸気路が前記吸気弁を介して前記主室に連通すると共に、前記燃料路が前記燃料弁を介して前記副室に連通し、
前記副室に、前記副室に形成された混合気を火花点火する点火プラグを備えた点にある。 According to a third characteristic configuration of the engine of the present invention, in addition to the first or second characteristic configuration, the combustion chamber communicates with a main chamber in contact with a top portion of the piston, and the main chamber through a communication passage. Consisting of a sub-room,
The intake passage communicates with the main chamber via the intake valve, and the fuel passage communicates with the sub chamber via the fuel valve,
The sub-chamber is provided with a spark plug for spark-igniting the air-fuel mixture formed in the sub-chamber.

上記第３特徴構成によれば、燃焼室として、ピストン頂部に接する主室の他に、その主室と連通路を介して連通する副室を設け、その副室に点火プラグを設けて、所謂副室式の層状吸気エンジンとして構成することができる。即ち、吸気行程において、吸気弁を開状態とする新気供給期間に吸気路から主室に新気を供給し、吸気弁を閉状態とし燃料弁を開状態とする燃料供給期間に燃料路から副室に燃料を直接供給して、副室に供給した燃料を、圧縮行程において主室から連通路を介して副室に流入した新気と混合することで、副室に濃混合気を形成し、その副室の濃混合気を点火プラグにより火花点火燃焼させることで、副室から連通路を介して主室に噴射される火炎ジェットにより、主室に形成された希薄混合気を燃焼させる所謂副室燃焼を行うことができる。   According to the third characteristic configuration, as the combustion chamber, in addition to the main chamber in contact with the piston top portion, the sub chamber that communicates with the main chamber via the communication passage is provided, and the ignition plug is provided in the sub chamber, so-called It can be configured as a sub-chamber stratified intake engine. That is, in the intake stroke, fresh air is supplied from the intake passage to the main chamber during the fresh air supply period in which the intake valve is opened, and from the fuel passage during the fuel supply period in which the intake valve is closed and the fuel valve is opened. Fuel is directly supplied to the sub chamber, and the fuel supplied to the sub chamber is mixed with fresh air flowing into the sub chamber from the main chamber via the communication path during the compression stroke, thereby forming a rich mixture in the sub chamber. Then, the lean air-fuel mixture formed in the main chamber is burned by the flame jet injected from the sub-chamber to the main chamber through the communication passage by spark ignition combustion of the rich air-fuel mixture in the sub-chamber. So-called sub-chamber combustion can be performed.

本発明に係るエンジンの第４特徴構成は、上記第１から第３の何れかの特徴構成に加えて、前記吸気路に、新気を過給する過給機を備えた点にある。   A fourth characteristic configuration of the engine according to the present invention is that, in addition to any of the first to third characteristic configurations, a supercharger that supercharges fresh air is provided in the intake passage.

上記第４特徴構成によれば、吸気路に過給機を設けることにより、高効率化及び高出力を図りながら、吸気路の新気が過給機により加圧されている場合においても、その新気の圧力よりも低い圧力で燃料を燃焼室に直接供給することができる。   According to the fourth characteristic configuration, even when fresh air in the intake passage is pressurized by the turbocharger while providing high efficiency and high output by providing the supercharger in the intake passage, Fuel can be supplied directly to the combustion chamber at a pressure lower than the fresh air pressure.

本発明に係るエンジンの第５特徴構成は、上記第１から第４の何れかの特徴構成に加えて、前記燃料が都市ガスである点にある。   A fifth characteristic configuration of the engine according to the present invention is that, in addition to any of the first to fourth characteristic configurations, the fuel is city gas.

上記第５特徴構成によれば、特に供給圧が比較的低い天然ガス系の都市ガスを燃料として用いる場合においても、吸気弁を閉状態とし燃料弁を開状態とする燃料供給期間において、その都市ガスを加圧することなくそのまま燃焼室に直接供給することができ、本発明にかかるエンジンを、特に気体燃料において有効な副室式エンジン及び予混合圧縮着火エンジン等を簡単に適用することができる。   According to the fifth characteristic configuration, even when natural gas-based city gas having a relatively low supply pressure is used as the fuel, the city in the fuel supply period in which the intake valve is closed and the fuel valve is opened is used. The gas can be supplied directly to the combustion chamber as it is without pressurizing, and the engine according to the present invention can be easily applied to a sub-chamber engine, a premixed compression ignition engine and the like that are particularly effective for gaseous fuel.

本発明に係るエンジンの実施形態について、図面に基づいて説明する。   An embodiment of an engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示すエンジン１００には、ピストン２と、ピストン２を往復動自在に収容するシリンダ３と、シリンダ３の上部を覆うシリンダヘッド９とが設けられ、このピストン２とシリンダ３とシリンダヘッド９により、燃焼室１０が規定されている。   An engine 100 shown in FIG. 1 includes a piston 2, a cylinder 3 that accommodates the piston 2 in a reciprocating manner, and a cylinder head 9 that covers an upper portion of the cylinder 3, and the piston 2, the cylinder 3, and the cylinder head 9. Thus, the combustion chamber 10 is defined.

エンジン１００は、燃焼室１０として、ピストン２の頂部と接する主室１１と、シリンダヘッド９に形成され主室１１に対して連通路１８を介して連通する副室１２とを備えた副室式エンジンとして構成されている。   The engine 100 includes a main chamber 11 that is in contact with the top of the piston 2 as a combustion chamber 10 and a sub chamber 12 that is formed in the cylinder head 9 and communicates with the main chamber 11 via a communication passage 18. It is configured as an engine.

燃焼室１０としての主室１１側には、空気又はその空気に少量の燃料を混合した希薄混合気である新気Ａを主室１１に導入する吸気路５と、その吸気路５を主室１１に対して開閉する吸気弁４とが設けられ、更に、主室１１から排ガスが排出される排気路７と、その排気路７を主室１１に対して開閉する排気弁６とが設けられている。
また、吸気路５には、新気Ａを過給するための過給機８が設けられている。 On the main chamber 11 side as the combustion chamber 10, an intake passage 5 for introducing fresh air A, which is air or a lean air-fuel mixture obtained by mixing a small amount of fuel into the air, into the main chamber 11, and the intake passage 5 are connected to the main chamber. And an exhaust valve 7 for opening and closing the exhaust passage 7 with respect to the main chamber 11 is provided. ing.
The intake passage 5 is provided with a supercharger 8 for supercharging the fresh air A.

一方、燃焼室１０としての副室１２側には、天然ガス系都市ガスである燃料Ｇを副室１２に導入する燃料路１４と、その燃料路１４を燃焼室１０に対して開閉する燃料弁１３とが設けられ、更に、副室１２に形成された混合気を火花点火する点火プラグ１９が設けられている。   On the other hand, on the side of the sub chamber 12 as the combustion chamber 10, a fuel passage 14 for introducing the fuel G, which is a natural gas city gas, into the sub chamber 12, and a fuel valve for opening and closing the fuel passage 14 with respect to the combustion chamber 10. 13 and a spark plug 19 for spark ignition of the air-fuel mixture formed in the sub chamber 12 is further provided.

そして、エンジン１００は、ピストン２をシリンダ３内で往復動させると共に、吸気弁４、排気弁６、及び、燃料弁１３をカム機構（図示せず）により開閉動作させて、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、及び、排気行程の各行程を順に行い、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ストロークの火花点火エンジンと変わるところはない。   The engine 100 reciprocates the piston 2 in the cylinder 3 and opens and closes the intake valve 4, the exhaust valve 6, and the fuel valve 13 by a cam mechanism (not shown), thereby performing an intake stroke and a compression stroke. The combustion / expansion stroke and the exhaust stroke are sequentially performed, and the reciprocating motion of the piston 2 is output as a rotational motion of a crankshaft (not shown) by a connecting rod (not shown). Such a configuration is no different from a normal 4-stroke spark ignition engine.

尚、参考に、本実施形態のエンジン１００の諸元は、以下のようになっている。
シリンダ３のボア径：１１０ｍｍ
ピストン２のストローク長：１０６ｍｍ
圧縮比：１０
過給機８の過給圧：６８ｋＰａ（Ｇａｕｇｅ）
出力：８ｋＷ（１２００ｒｐｍ） For reference, the specifications of the engine 100 of the present embodiment are as follows.
Bore diameter of cylinder 3: 110mm
Stroke length of piston 2: 106mm
Compression ratio: 10
Supercharging pressure of the supercharger 8: 68 kPa (Gauge)
Output: 8kW (1200rpm)

シリンダヘッド９には、連通路１８及び副室１２を有する副室機構２０が設けられている。
この副室機構２０において、副室１２と主室１１とを連通する連通路１８は、主室１１の略中央部近傍に開口する４つの主室孔１５と、副室１２に開口する１つの副室孔１７と、主室孔１５と副室孔１７とを接続する通路１６とからなる。
上記４つの主室孔１５は、通路１６の軸心を中心に周方向に等間隔で配置され、更に、上記シリンダ３軸心方向に対して傾斜した噴孔角を有し、夫々の主室孔１５の直径は４ｍｍである。 The cylinder head 9 is provided with a sub chamber mechanism 20 having a communication path 18 and a sub chamber 12.
In the sub chamber mechanism 20, the communication passage 18 that communicates the sub chamber 12 and the main chamber 11 has four main chamber holes 15 that open in the vicinity of the substantially central portion of the main chamber 11, and one that opens in the sub chamber 12. It consists of a sub chamber hole 17 and a passage 16 connecting the main chamber hole 15 and the sub chamber hole 17.
The four main chamber holes 15 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the axis of the passage 16, and have nozzle hole angles inclined with respect to the cylinder 3 axis direction. The diameter of the hole 15 is 4 mm.

副室１２の上方には、都市ガスである燃料Ｇが１．０〜２．５ｋＰａ（Ｇａｕｇｅ）程度の比較的低い供給圧で供給される燃料路１４と、燃料路１４を副室１２に対して開閉する燃料弁１３が設けられ、更に、その下方に、副室１２の混合気を火花点火可能な点火プラグ１９が設けられている。   Above the sub chamber 12, a fuel path 14 in which the city gas fuel G is supplied at a relatively low supply pressure of about 1.0 to 2.5 kPa (Gauge), and the fuel path 14 to the sub chamber 12. A fuel valve 13 that opens and closes is provided, and a spark plug 19 that can spark-ignite the air-fuel mixture in the sub chamber 12 is provided below the fuel valve 13.

尚、副室１２の容積は、ピストン２の位置が上死点にあるときの燃焼室１０の総燃焼室容積の１／１０程度とされている。   The volume of the sub chamber 12 is set to about 1/10 of the total combustion chamber volume of the combustion chamber 10 when the position of the piston 2 is at the top dead center.

以上のように構成したエンジン１００は、燃料弁１３と吸気弁４との開閉時期の設定という簡単な構成で、吸気路５における新気Ａの圧力よりも低圧の燃料Ｇを、加圧することなく、そのまま燃焼室１０である副室１２に直接供給することができ、その特徴構成を、エンジン１００における１サイクルにおける動作フローとともに説明する。   The engine 100 configured as described above has a simple configuration of setting the opening / closing timing of the fuel valve 13 and the intake valve 4 and does not pressurize the fuel G having a pressure lower than the pressure of the fresh air A in the intake passage 5. The sub-chamber 12 that is the combustion chamber 10 can be directly supplied, and its characteristic configuration will be described together with the operation flow in one cycle of the engine 100.

尚、本願において、ＴＤＣはピストン２の上死点位置、ＢＤＣはピストン２の下死点位置をそれぞれ示し、更に、クランク角を、上記ＴＤＣに対する早遅角度で示し、角度値の後に、早角の場合はＢＴＤＣ、遅角の場合はＡＴＤＣを付して示す。   In the present application, TDC indicates the top dead center position of the piston 2, BDC indicates the bottom dead center position of the piston 2, and the crank angle is indicated by an early / late angle with respect to the TDC. In the case of, BTDC is attached, and in the case of the retarded angle, ATDC is attached.

図２に示すように、ピストン２が主室１１を拡大する方向に動作する、即ち、ピストン２がＴＤＣから下降する吸気行程において、排気弁６が閉じられた時期（例えば、３°ＡＴＤＣ）からの燃料供給期間Ｉ１（例えば、３°ＡＴＤＣ〜４０°ＡＴＤＣ）に、燃料Ｇが副室１２に供給され、それ以降の新気供給期間Ｉ２（４０°ＡＴＤＣ〜１８０°ＡＴＤＣ（ＢＤＣ））に、新気Ａが主室１１に供給される。   As shown in FIG. 2, the piston 2 operates in the direction of expanding the main chamber 11, that is, from the time when the exhaust valve 6 is closed (for example, 3 ° ATDC) in the intake stroke in which the piston 2 descends from TDC. In the fuel supply period I1 (for example, 3 ° ATDC to 40 ° ATDC), the fuel G is supplied to the sub chamber 12, and in the subsequent fresh air supply period I2 (40 ° ATDC to 180 ° ATDC (BDC)), Fresh air A is supplied to the main room 11.

即ち、燃料供給期間Ｉ１には、吸気弁４が前の排気行程から継続して閉状態に維持されて、主室１１への新気Ａの供給が阻止されながら、燃料弁１３が開状態とされて、ピストン２が下降することにより、副室１２の圧力が燃料Ｇの供給圧即ち燃料路１４の圧力よりも低下し、燃料路１４の比較的低圧の燃料Ｇが副室１２に吸入される。   That is, during the fuel supply period I1, the intake valve 4 is maintained in the closed state from the previous exhaust stroke, and the supply of fresh air A to the main chamber 11 is blocked while the fuel valve 13 is in the open state. When the piston 2 is lowered, the pressure in the sub chamber 12 is reduced below the supply pressure of the fuel G, that is, the pressure in the fuel passage 14, and the relatively low pressure fuel G in the fuel passage 14 is sucked into the sub chamber 12. The

また、新気供給期間Ｉ２には、燃料弁１３が閉状態とされると共に吸気弁４が開状態とされ、ピストン２が下降することにより、吸気路５の新気Ａが主室１１に供給される。   Further, during the fresh air supply period I2, the fuel valve 13 is closed and the intake valve 4 is opened, and the piston 2 descends, so that fresh air A in the intake passage 5 is supplied to the main chamber 11. Is done.

上記のように、吸気行程の燃料供給期間Ｉ１において、副室１２に燃料Ｇを供給し、その後の新気供給期間Ｉ２において、主室１１に新気Ａを供給することにより、副室１２に供給された燃料Ｇの約５％程度は、連通路１８を介して主室１１に流出して、主室１１には希薄混合気が形成されるが、その燃料Ｇの殆どは、副室１２に滞留することになる。   As described above, the fuel G is supplied to the sub chamber 12 in the fuel supply period I1 of the intake stroke, and the fresh air A is supplied to the main chamber 11 in the subsequent fresh air supply period I2. About 5% of the supplied fuel G flows out to the main chamber 11 through the communication passage 18, and a lean air-fuel mixture is formed in the main chamber 11, but most of the fuel G is sub-chamber 12. Will stay.

そして、吸気行程後の、ピストン２が主室１１を縮小する方向に動作する、即ち、ピストン２がＢＤＣから上昇する圧縮行程において、吸気弁４が所定の時期（例えば、１０°ＡＢＤＣ）に閉じられ、主室１１に供給された新気Ａが圧縮される。   Then, after the intake stroke, the piston 2 operates in a direction to reduce the main chamber 11, that is, in the compression stroke in which the piston 2 rises from the BDC, the intake valve 4 is closed at a predetermined time (for example, 10 ° ABDC). The fresh air A supplied to the main chamber 11 is compressed.

また、この圧縮行程においては、ピストン２の上昇による主室１１の容積減少によって、主室１１の新気Ａが連通路１８介して副室１２に流入する。よって、副室１２には、連通路１８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１９近傍の点火領域に到達する。そして、その副室１２の点火領域には、その新気Ａと燃料Ｇとが混合されて、火花点火可能範囲内の例えば０．６９程度の当量比の混合気が形成される。   Further, in this compression stroke, the fresh air A in the main chamber 11 flows into the sub chamber 12 through the communication path 18 due to a decrease in the volume of the main chamber 11 due to the rise of the piston 2. Therefore, a new airflow is generated in the sub chamber 12 upward from the communication passage 18, and the new airflow reaches the ignition region near the spark plug 19. In the ignition region of the sub chamber 12, the fresh air A and the fuel G are mixed to form an air-fuel mixture with an equivalent ratio of, for example, about 0.69 within the spark ignition possible range.

上記圧縮行程終了時のＴＤＣ直前の時期（例えば、１２°ＢＴＤＣ）において、点火プラグ１９が作動されて、副室１２に形成された混合気が火花点火され、燃焼・膨張行程が開始される。   At the time immediately before the TDC at the end of the compression stroke (for example, 12 ° BTDC), the spark plug 19 is operated, the air-fuel mixture formed in the sub chamber 12 is sparked, and the combustion / expansion stroke is started.

この燃焼・膨張行程においては、副室１２の混合気が燃焼することで副室１２の圧力が上昇して、連通路１８から主室１１に火炎ジェットが噴出され、その火炎ジェットにより主室１１に形成された希薄混合気が燃焼され、ピストン２がＢＤＣへ向けて押し下げられる。   In this combustion / expansion stroke, the air-fuel mixture in the sub chamber 12 is combusted, so that the pressure in the sub chamber 12 rises, and a flame jet is ejected from the communication passage 18 into the main chamber 11. The lean air-fuel mixture formed in (1) is burned, and the piston 2 is pushed down toward the BDC.

そして、ＢＤＣ直前の所定の時期に排気弁６が開けられ、ピストン２がＢＤＣから上昇する排気行程において、主室１１の排ガスが排気路７に排出される。   Then, the exhaust valve 6 is opened at a predetermined time immediately before the BDC, and the exhaust gas in the main chamber 11 is discharged to the exhaust path 7 in the exhaust stroke in which the piston 2 rises from the BDC.

〔別実施の形態〕
次に、本発明の別の実施の形態を説明する。
〈１〉上記実施の形態においては、吸気弁４を閉状態とすると共に燃料弁１３を開状態とする燃料供給期間Ｉ１を、吸気行程の初期に設定したが、別に、吸気行程の途中又は後期に燃料供給時期Ｉ１を設定しても構わない。 [Another embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
<1> In the above embodiment, the fuel supply period I1 in which the intake valve 4 is closed and the fuel valve 13 is opened is set to the initial stage of the intake stroke. Alternatively, the fuel supply timing I1 may be set.

〈２〉上記実施の形態においては、本発明に係るエンジンを、燃焼室１０として、主室１１の他に副室１２を備えた副室式エンジンに適用した例を説明したが、別に、本発明に係るエンジンを、主室１１のみを燃焼室１０として備えた単室式エンジンに適用することもできる。尚、その場合、燃料Ｇを燃焼室１０に供給するための燃料路１４及び燃料弁１３は、主室１１側に設けられる。 <2> In the above-described embodiment, the example in which the engine according to the present invention is applied to the sub-chamber engine provided with the sub chamber 12 in addition to the main chamber 11 as the combustion chamber 10 has been described. The engine according to the invention can also be applied to a single-chamber engine having only the main chamber 11 as the combustion chamber 10. In this case, the fuel passage 14 and the fuel valve 13 for supplying the fuel G to the combustion chamber 10 are provided on the main chamber 11 side.

〈３〉上記実施の形態においては、本発明に係るエンジンを、混合気を火花点火燃焼させる火花点火エンジンとして構成したが、別に、本発明に係るエンジンを、圧縮行程において燃焼室に形成された混合気を高圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジンとして構成しても構わない。 <3> In the above embodiment, the engine according to the present invention is configured as a spark ignition engine for spark-igniting the air-fuel mixture. However, the engine according to the present invention is separately formed in the combustion chamber in the compression stroke. It may be configured as a premixed compression ignition engine in which the air-fuel mixture is highly compressed and self-ignited and combusted.

〈４〉上記実施の形態においては、燃料弁１３をカム機構により開閉動作するように構成したが、別に、燃料弁１３を、電磁アクチュエータにより開閉する電磁弁として構成したり、燃焼室１０の圧力が燃料路１４の圧力よりも一定量低い場合に開状態となるリード弁として構成するなどのように、あらゆる形態で構成することができる。 <4> In the above embodiment, the fuel valve 13 is configured to be opened and closed by the cam mechanism, but the fuel valve 13 is configured as an electromagnetic valve that is opened and closed by an electromagnetic actuator, or the pressure in the combustion chamber 10 Can be configured in any form, such as a reed valve that opens when the pressure is a certain amount lower than the pressure in the fuel passage 14.

〈５〉上記実施の形態においては、本発明に係るエンジンが、高圧縮が困難な気体燃料を用いる場合に有効であり、更に、都市ガスが比較的低い供給圧で供給されることから、燃料として都市ガスを利用した例について説明したが、別に、他の気体燃料等のあらゆる種類の燃料を用いることができる。
また、燃料を、若干の空気と混合して濃混合気とした状態で、燃焼室に導入するように構成しても構わない。 <5> In the above embodiment, the engine according to the present invention is effective when using a gaseous fuel that is difficult to be highly compressed, and further, city gas is supplied at a relatively low supply pressure. As an example of using city gas, other types of fuel such as other gaseous fuels can be used.
Further, the fuel may be introduced into the combustion chamber in a state of being mixed with some air to form a rich mixture.

エンジンの概略構成図Schematic configuration diagram of the engine エンジンの動作フローを説明するチャート図Chart diagram explaining engine operation flow

符号の説明Explanation of symbols

２：ピストン
４：吸気弁
５：吸気路
６：排気弁
７：排気路
８：過給機
１０：燃焼室
１１：主室
１２：副室
１３：燃料弁
１４：燃料路
１８：連通路
１９：点火プラグ
１００：エンジン
Ａ：新気
Ｇ：燃料
Ｉ１：燃料供給時期
Ｉ２：新気供給期間
2: Piston 4: Intake valve 5: Intake passage 6: Exhaust valve 7: Exhaust passage 8: Supercharger 10: Combustion chamber 11: Main chamber 12: Sub chamber 13: Fuel valve 14: Fuel passage 18: Communication passage 19: Spark plug 100: Engine A: Fresh air G: Fuel I1: Fuel supply timing I2: Fresh air supply period

Claims (5)

燃焼室に新気を導入する吸気路と、前記燃焼室に対して前記吸気路を開閉する吸気弁と、燃料を前記燃焼室に導入する燃料路と、前記燃焼室に対して前記燃料路を開閉する燃料弁とを備え、
前記燃焼室を拡大する方向にピストンが動作する吸気行程において、前記吸気弁を開状態として前記燃焼室に新気を供給すると共に、前記燃料弁を開状態として前記燃焼室に直接燃料を供給して、前記燃焼室に混合気を形成するエンジンであって、
前記吸気行程において、前記燃料弁を開状態とする燃料供給期間に、前記吸気弁を閉状態とすることを特徴とするエンジン。 An intake passage for introducing fresh air into the combustion chamber; an intake valve for opening and closing the intake passage with respect to the combustion chamber; a fuel passage for introducing fuel into the combustion chamber; and the fuel passage with respect to the combustion chamber. A fuel valve that opens and closes,
In the intake stroke in which the piston operates in the direction of expanding the combustion chamber, the intake valve is opened to supply fresh air to the combustion chamber, and the fuel valve is opened to supply fuel directly to the combustion chamber. An engine that forms an air-fuel mixture in the combustion chamber,
In the intake stroke, the intake valve is closed during a fuel supply period in which the fuel valve is open. 前記燃料供給期間が前記吸気行程の初期に設定されている請求項１に記載のエンジン。   The engine according to claim 1, wherein the fuel supply period is set at an initial stage of the intake stroke. 前記燃焼室が、前記ピストンの頂部と接する主室と、前記主室に連通路を介して連通する副室とからなり、
前記吸気路が前記吸気弁を介して前記主室に連通すると共に、前記燃料路が前記燃料弁を介して前記副室に連通し、
前記副室に、前記副室に形成された混合気を火花点火する点火プラグを備えた請求項１又は２に記載のエンジン。 The combustion chamber is composed of a main chamber in contact with the top of the piston, and a sub chamber communicating with the main chamber via a communication passage.
The intake passage communicates with the main chamber via the intake valve, and the fuel passage communicates with the sub chamber via the fuel valve,
The engine according to claim 1, wherein the sub-chamber includes a spark plug that sparks and ignites the air-fuel mixture formed in the sub-chamber. 前記吸気路に、新気を過給する過給機を備えた請求項１から３の何れか１項に記載のエンジン。   The engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a supercharger that supercharges fresh air in the intake passage. 前記燃料が都市ガスである請求項１から４の何れか１項に記載のエンジン。
The engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel is city gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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