JPH116437A - 予燃焼室付内燃機関 - Google Patents
予燃焼室付内燃機関Info
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- JPH116437A JPH116437A JP9159728A JP15972897A JPH116437A JP H116437 A JPH116437 A JP H116437A JP 9159728 A JP9159728 A JP 9159728A JP 15972897 A JP15972897 A JP 15972897A JP H116437 A JPH116437 A JP H116437A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
や燃焼不良を解消し、機関の信頼性を向上させる。 【解決手段】予燃焼室50はシリンダの主燃焼室の上部中
央に設けられる。予燃焼室は、直径D1の上部51と、主燃
焼室の上部に連絡孔33を介して連通する直径D2の下部53
と、上部と下部の間に設けられた角度αのテーパ状の縮
小断面部52とを有する。点火プラグ34は、シリンダの中
心Lから(1/2〜1)D2偏芯させて上部51に設けられる。次
の寸法条件(1)(2)が満足される。(1)130°> α> 90°
(2)3.5>D1/D2>1.5 圧縮行程時に主燃焼室から予燃焼室
に流入した混合気は、予燃焼室の断面積の急変のため外
周部へ拡散されやすく、予燃焼室内の燃料との混合が促
進され濃度むらが減少する。点火プラグ近傍は中央より
も燃焼しやすい燃料濃度となる。予燃焼室内の燃焼条件
が改善される。
Description
関の予燃焼室形状による燃焼性向上に関するものであ
り、予燃焼室付のガスエンジンやガソリンエンジンなど
に適用することができる。
成を燃料ガスの供給系統図により示す。ガスエンジン1
の複数の主燃焼室2は、それぞれバランシングバルブ3
を介して燃料ガス主管4に接続されている。バランシン
グバルブ3はニードル弁構造であり、適当な絞り開度に
調整されている。燃料ガス主管4は、ガバナ5に制御さ
れる第1のガスコントロールバルブ6と、第2のガスコ
ントロールバルブ7を介して供給源に接続されている。
また、各主燃焼室2には、枝管8を介して給気管9が接
続されている。
焼室10により構成される。ここで予燃焼室10はシリ
ンダヘッド内に設けられ、主燃焼室2とは複数の連絡孔
により連通している。各予燃焼室10は、先端にチェッ
クバルブが組付られている枝管11を介してパイロット
ガス主管12に接続されている。パイロットガス主管1
2は、3基の圧力レギュレータ13,14,15と2基
の逆止弁16,17を有するパイロットユニット18を
介して前記燃料ガス主管4に接続されている。
り示した従来の希薄燃焼ガスエンジンにおけるシリンダ
ヘッド付近の構成を示す断面図である。図7において、
24はピストン、25はシリンダライナ、26はシリン
ダヘッドで内燃機関の主要素である。2は主燃焼室であ
り、ピストン24、シリンダライナ25、シリンダヘッ
ド26で囲まれた空間である。10は予燃焼室であり、
シリンダヘッド26に、予燃焼室噴口31と予燃焼室本
体32を組み込むことにより形成する。29は、予燃焼
室10内へ直接燃料ガスを供給するための燃料噴射孔で
ある。主燃焼室2と予燃焼室10は、予燃焼室10の下
部の下端部に設けられた複数の連絡孔33により連通す
る。予燃焼室10の上部には点火プラグ34が装着され
ており、これが予燃焼室10内の混合気の点火源とな
る。
示した図である。この予燃焼室10は、円筒形の上部4
1と、下端部が半球形とされた円筒形の下部43と、上
部と下部の間に設けられたテーパ形状の中間部42とよ
りなる。前記連絡孔33は下部43の下端部の半球部分
に設けられている。また、図8中には図示しない点火プ
ラグ34は、シリンダの中心線上Lにあたる上部41の
上面に配置されている。
半から吸気行程前半において、燃料噴射孔29から、予
燃焼室10内に燃料ガスが供給される。これをパイロッ
トガスと呼び、この量はパイロットガス主管4内の圧力
と主燃焼室2内の圧力との差圧(以降、ΔPと記述す
る)により変化する。また、主燃焼室2には燃料と空気
の混合気が吸気行程において供給される。圧縮行程で
は、ピストン24により、主燃焼室2内の希薄混合気が
圧縮され、連絡孔33を介して予燃焼室10に流入す
る。流入の際に、予燃焼室10内の燃料と希薄混合気が
混ざり、平均空気過剰率1.0程度の濃度となる。この
状態になったところで、点火プラグ34の電極のギャッ
プ間において火花放電を生じさせて混合気を着火燃焼さ
せる。予燃焼室10において燃焼した火炎は、連絡孔3
3を介して主燃焼室2へ伝播し、主燃焼室2の混合気の
着火源となり、主燃焼室2全体を燃焼させる。
気)中の燃料濃度の関係を説明する。メタンガスを主成
分とする都市ガス13Aの常温における可燃濃度は5〜
15%、また理論空気量Qthは概略11Nm3 /Nm3
である。空気過剰率λ=1.0のときの燃料濃度は下式
により約8%となる。 (燃料濃度)={1/(1+Qth・λ)}×100 ={1/(1+11×1.0)}×100≒8(%)
の希薄燃焼機関の燃焼性を向上させるためには、予燃焼
室10内の混合を良好にすることが重要である。しか
し、従来の予燃焼室10の形状では、圧縮行程時に主燃
焼室2から流入する希薄な混合気と予燃焼室10に供給
されている燃料とが十分に攪拌、混合されないことが多
い。すなわち、予燃焼室10内の局部燃料濃度は、主燃
焼室2の燃料濃度に近い希薄な部分と、リッチな部分と
が存在する傾向にあった。このように、予燃焼室10内
の混合が悪い場合、点火プラグ34の位置によっては、
最悪の場合、着火すらしないことも考えられる。たとえ
着火したとしても、火炎伝播が十分でなく、主燃焼室2
への伝播ができなくなる場合も考えられる。また、パイ
ロットガスの供給量調整や主燃焼室混合気量のシリンダ
間バランスが悪いと燃焼するシリンダや燃焼しないシリ
ンダが生ずることもある。
焼室付内燃機関では、失火率が実質的に0となる安定燃
焼範囲のΔPの範囲が狭く、また主燃焼室2内の燃料が
リッチなシリンダとリーンなシリンダとのばらつきが大
きく、このため燃焼するシリンダや燃焼しないシリンダ
が生ずることもある。通常はこのような事態を避けるた
めに、前述ΔP調整に際して設定値の最適化を図ってい
るが、図3(b)に示すようにシリンダの主燃焼室2で
の空燃比を均一にして各シリンダ間でのばらつきを少な
くしても、安定燃焼範囲のΔPの範囲が大幅に改善され
る訳ではなかった。ここで、各シリンダ間のバラツキ調
整は、図6のバランシングバルブ3を利用して行われ
る。
燃焼室内における燃料と空気の攪拌を促進して燃料濃度
の不均一性を改善し、これにより予燃焼室内の失火や燃
焼不良を解消し、予燃焼室付内燃機関の信頼性を向上さ
せ、さらには、熱効率の向上を図ることにある。
燃焼室付内燃機関は、シリンダの上部中央に設けられた
主燃焼室(2)と、前記主燃焼室(2)の上部中央に連
絡孔(33)を介して連通する予燃焼室(50)と、前
記予燃焼室(50)に設けられた点火プラグ(34)と
を有し、前記点火プラグ(34)による点火によって生
じた前記予燃焼室(50)内の火炎が前記連絡孔(3
3)から前記主燃焼室(2)内へ伝播する予燃焼室付内
燃機関において、前記予燃焼室(50)が、直径D1の
上部(41)と、前記主燃焼室(2)の上部に連絡孔
(33)を介して連通する直径D2の下部(43)と、
前記上部(41)と前記下部(43)の間に設けられた
角度αのテーパ状の縮小断面部(42)とを有してお
り、下記条件(1)及び(2)を満たすことを特徴とす
る。 (1)130°>α>90° (2)3.5>D1/D2>1.5
は、請求項1記載の予燃焼室付内燃機関において、前記
点火プラグ(34)を前記シリンダの中心から±(1/
2)・D1の範囲に偏芯させて前記予燃焼室(50)の
前記上部(41)に配置したことを特徴とする。
の不均一性が改善され、予燃焼室内の燃焼条件の改善と
燃焼の改善が実現する。これによって図3(a)に示す
ようにΔPの範囲拡大が可能となり、各シリンダ間の燃
焼バラツキの改善が実現する。
機関における予燃焼室の形状と、その内部の異なる2位
置x−x’及びy−y’における燃料濃度とシリンダ中
心L(即ち予燃焼室の中心)からの距離との関係を示し
た図である。図1(a)は従来例であり、図1(b)は
本発明の実施の形態の一例である。図2(a)(b)
は、本例における予燃焼室の形状を規定する条件を求め
るために製作した予燃焼室の形状と、これにおける図1
と同様の実験の結果を示したものである。図1及び図2
に示す燃料濃度分布は、圧縮行程後半の点火時期(上死
点前19°)におけるものであり、主燃焼室の混合気は
低NOX 燃焼を実現するために薄い混合気、即ち濃度4
%程度の希薄混合気とした。
いて説明する。図1(a)の破線で示すように、予燃焼
室10における燃料濃度は、圧縮行程中に主燃焼室2か
ら進入する希薄混合気の影響を受ける。希薄混合気は予
燃焼室上部中央を直撃した後、予燃焼室上部に沿って外
周方向に拡散し、側面に到達すると、今度は内壁に沿っ
て下方向に拡散する。
すなわちパイロットガスは、上記の過程で希薄混合気の
流れに巻き込まれて徐々に拡散していくが、その多くは
主燃焼室からの流れに押しやられ、Y−Y’線上の予燃
焼室外周部に滞留する。その結果、Y−Y’線上の外周
部付近の燃料濃度が高くなる。滞留した濃い燃料は、主
燃焼室からの燃料の流れに隣接しているため、これに巻
き込まれ、再度予燃焼室内部を拡散していく。しかし、
従来の予燃焼室10ではY−Y’線上の外周部分におい
て20%と高い値を示す。
0°として濃度分布を求めたものである。この条件にお
ける特徴を示すと、 ・中心部分は主燃焼室の影響を受け、燃料濃度が低い領
域が存在する。 ・外周部分は、中心部の希薄な燃料が拡散しており、燃
料濃度は18%程度に改善されている。
30°として濃度分布を求めたものである。この条件に
おける特徴を示すと、 ・D2の径が大きくなることにより、中心部分には、燃
料濃度が低い領域が広範囲に存在する。 ・外周部分は、中心部の希薄な燃料が拡散しており、燃
料濃度が低い領域が広範囲に存在する。
させると、プラグ位置での燃料濃度を約5%以上にする
ことが可能である。但し、D2の径が大きくなることに
より、低濃度の範囲が大きくなっているので、偏芯量を
大きくする必要がある。その結果、最大偏芯量の±(1
/2)・D1に近づくことになる。
°として濃度分布を求めたものである。この条件におけ
る特徴を示すと、 ・外周部分は、中心部の希薄な燃料が拡散しており、燃
料濃度は14%程度に改善されている。 ・プラグ位置を5mm偏芯させると、プラグ位置でのy
−y’線上の燃料濃度が約6%となり着火性が改善され
る。
解決するための条件となる。 (1) 130°>α>90° (2) 3.5>D1/D2>1.5 また、プラグ位置を5mm偏芯させると、プラグ位置で
の燃料濃度が5%以上となり、着火性が改善される。
は、上部51の直径D1と、下部53の直径D2と、前
記上部51と前記下部53の間のテーパ状の縮小断面部
52の角度αが、前記条件(1) 及び(2) を満たしてい
る。
は、6シリンダエンジン(シリンダ径260mm)であ
り、前記D1=30mm、前記D2=10mm、前記α
=120°とした。
1(b)に示す本例の予燃焼室50は、点火プラグ34
がシリンダの中心Lから右側へ5mm偏芯させて前記予
燃焼室50の前記上部51に配置されている。
ば、内燃機関の圧縮行程時に、主燃焼室2から予燃焼室
へ混合気が複数の連絡孔33を介して流入する際に、予
燃焼室50の下部53と上部51の中間部、即ちテーパ
状の縮小断面部52で急激に断面積が大きくなるため
に、外周部へ混合気が拡散されやすくなる。従って、吸
気行程時に供給された予燃焼室50内の燃料との混合が
促進され、予燃焼室50内の濃度むらは従来よりも減少
することになる。本例の予燃焼室50の形状によれば、
図1(b)に示すように、図1(a)に示す従来に比
べ、燃料濃度の不均一性が改善されている。
置を中心Lから5mm偏芯させているので、点火プラグ
34近辺の燃料濃度は、図1(a)に示す従来に比べ、
より着火しやすい状態となっている。
予燃焼室50内の局部燃料濃度の不均一性が改善され、
予燃焼室50内の燃焼条件の改善と燃焼の改善が実現す
る。これによって図3(a)に示すようにΔPの範囲拡
大が可能となり、各シリンダ間の燃焼バラツキの改善が
実現する。
的に説明する。6シリンダエンジンである本例のエンジ
ンと、比較例である従来の予燃焼室を有する6シリンダ
エンジンを、BMEP1.23MPa、9000rpm
で運転し、失火率と前記ΔPの関係を負荷率を変えて測
定した。図4が従来例、図5が本例である。
する安定燃焼範囲が拡大されており、図3(a)で示し
た各シリンダの安定燃焼範囲の拡大が実現されているこ
とが具体的に示された。なお、ここで失火率は次のよう
に定義している。失火率:1シリンダにつき、200個
の燃焼圧力をサンプリングして計算したPmi総数(図4
では、6シリンダエンジンのため1200個)中のPmi
<0となる数の総数に対する比を百分率で示した。
付内燃機関は、上部と下部と縮小断面部からなる予燃焼
室の形状を、前述した特定の条件で限定した。このた
め、予燃焼室の断面積は、下部から上部に向けて急激に
拡大するので、圧縮行程時に主燃焼室から予燃焼室に混
合気が流入した時に、混合気は予燃焼室内の外周部へ拡
散されやすくなり、吸気行程時に供給された予燃焼室内
の燃料と主燃焼室内の混合気との混合が促進され、予燃
焼室内の濃度むらは従来よりも減少することになる。ま
た、予燃焼室の断面積は、上部から下部に向けて急激に
縮小するので、点火後に燃焼した火炎は迅速に主燃焼室
に伝搬される。これによって予燃焼室内の局部燃料濃度
の不均一性が改善され、予燃焼室内の燃焼条件の改善が
実現する。これによって前記ΔPの範囲拡大が可能とな
り、各シリンダ間の燃焼バラツキの改善が実現する。
2)・D1の範囲に偏芯させて予燃焼室の上部に配置す
れば、点火プラグ近傍をより燃焼しやすい燃料濃度とす
ることができ、各シリンダの燃焼条件はさらに改善され
る。
る予燃焼室の形状と、その内部の異なる2位置x−x’
及びy−y’における燃料濃度とシリンダ中心L(即ち
予燃焼室の中心)からの距離との関係を示した図であ
る。図1(b)は、本例の予燃焼室付内燃機関における
予燃焼室の形状と、その内部の異なる2位置x−x’及
びy−y’における燃料濃度とシリンダ中心L(即ち予
燃焼室の中心)からの距離との関係を示した図である。
関における予燃焼室の形状と、その内部の異なる2位置
x−x’及びy−y’における燃料濃度とシリンダ中心
L(即ち予燃焼室の中心)からの距離との関係を示した
図である。
係を各シリンダについて示した図である。図3(b)
は、ばらつきが少ない各シリンダについて失火率とΔP
の関係を示した図である。図3(c)は、ばらつきが大
きい各シリンダについて失火率とΔPの関係を示した図
である。
おけるΔPと失火率との関係を負荷率ごとに示した図で
ある。
おけるΔPと失火率との関係を負荷率ごとに示した図で
ある。
供給系統を示す図である。
ヘッド付近の構成を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 シリンダの上部中央に設けられた主燃焼
室と、前記主燃焼室の上部中央に連絡孔を介して連通す
る予燃焼室と、前記予燃焼室に設けられた点火プラグと
を有し、前記点火プラグによる点火によって生じた前記
予燃焼室内の火炎が前記連絡孔から前記主燃焼室内へ伝
播する予燃焼室付内燃機関において、 前記予燃焼室が、直径D1の上部と、前記主燃焼室の上
部に連絡孔を介して連通する直径D2の下部と、前記上
部と前記下部の間に設けられた角度αのテーパ状の縮小
断面部とを有しており、下記条件(1)及び(2)を満
たすことを特徴とする予燃焼室付内燃機関。 (1)130°>α>90° (2)3.5>D1/D2>1.5 - 【請求項2】 前記点火プラグを前記シリンダの中心か
ら±(1/2)・D1の範囲に偏芯させて前記予燃焼室
の前記上部に配置したことを特徴とする請求項1記載の
予燃焼室付内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9159728A JPH116437A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 予燃焼室付内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9159728A JPH116437A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 予燃焼室付内燃機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH116437A true JPH116437A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15699987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9159728A Pending JPH116437A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 予燃焼室付内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH116437A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004285928A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びその運転方法 |
JP2007255313A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Osaka Gas Co Ltd | 副室式エンジン |
JP2016166589A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社デンソー | 燃料噴射制御装置 |
CN115898621A (zh) * | 2021-08-03 | 2023-04-04 | 长城汽车股份有限公司 | 预燃室及发动机 |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP9159728A patent/JPH116437A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004285928A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びその運転方法 |
JP2007255313A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Osaka Gas Co Ltd | 副室式エンジン |
JP2016166589A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社デンソー | 燃料噴射制御装置 |
CN115898621A (zh) * | 2021-08-03 | 2023-04-04 | 长城汽车股份有限公司 | 预燃室及发动机 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A521 | Written amendment |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060221 |
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061212 |