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JP7635744B2 - Pre-chamber engine - Google Patents
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JP7635744B2 - Pre-chamber engine - Google Patents

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Description

本開示は、副室式エンジンに関する。 This disclosure relates to a pre-chamber engine.

副室式エンジンの一例として、特許文献1が知られている。特許文献1には、副燃焼室(副室)から主燃焼室(主室)への火炎等のガスをピストン頂面に形成した衝突ガイド面に沿って拡散させ、主燃焼室での燃焼スピードを短縮して熱効率を向上させる技術が示されている。 One example of an auxiliary combustion chamber engine is known from Patent Document 1. Patent Document 1 shows a technology that diffuses gases such as flames from the auxiliary combustion chamber (auxiliary chamber) to the main combustion chamber (main chamber) along a collision guide surface formed on the top surface of the piston, shortening the combustion speed in the main combustion chamber and improving thermal efficiency.

この特許文献1に示されている衝突ガイド面の形状は、傾斜面と段部弧状曲面とから構成され、更に、段部弧状曲面に縦方向の旋回流を形成するように上方に湾曲した曲面を形成するものである。そして、主燃焼室へ噴出したガスは、縦方向の旋回流で噴出エネルギーのペネトレーションを強化し、吸気スワールに乗って主燃焼室での混合を促進して燃焼スピードをアップし、熱効率を向上できることが示されている。 The shape of the collision guide surface shown in this Patent Document 1 is composed of an inclined surface and a stepped arc-shaped curved surface, and further, an upwardly curved surface is formed on the stepped arc-shaped curved surface so as to form a vertical swirling flow. It is shown that the gas ejected into the main combustion chamber strengthens the penetration of the ejection energy by the vertical swirling flow, and rides on the intake swirl to promote mixing in the main combustion chamber, increasing the combustion speed and improving thermal efficiency.

特開平6-307244号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-307244

隔壁により主室から分離された副室を設け、これら主室と副室とを互いに連通する連通路を隔壁に形成し、副室内の混合気を発火させて、このとき副室内に形成される火炎が連通路を介して主室内に噴出するようにして主室内の混合気に点火するシステム(ジェット点火システム)を備えた副室式エンジンにおいては、副室内に形成され連通路を介して主室内に噴出する火炎(ジェット火炎)が、ピストンより温度の低いシリンダ内壁面やシリンダライナに衝突することで熱損失が増加する課題がある。 In a pre-chamber engine, which has a pre-chamber separated from the main chamber by a partition, a passageway formed in the partition that connects the main and pre-chambers, and a system (jet ignition system) that ignites the mixture in the pre-chamber by igniting the mixture in the main chamber so that the flame formed in the pre-chamber is ejected into the main chamber through the connecting passageway, a problem arises in that the flame (jet flame) that is formed in the pre-chamber and ejected into the main chamber through the connecting passageway collides with the cylinder inner wall surface and cylinder liner, which are at a lower temperature than the piston, increasing heat loss.

また、ジェット火炎は、シリンダ内壁面やピストンの頂面等に衝突して拡散していくため、火炎が壁面に衝突しない主室中心側(副室付近)においては、副室の隣り合う連通路から噴出されるジェット火炎とジェット火炎との間では火炎の拡散が生じにくいため燃焼が緩慢になる課題がある。 In addition, because the jet flame collides with the inner wall surface of the cylinder and the top surface of the piston, etc., and spreads, there is an issue that in the center of the main chamber (near the auxiliary chamber) where the flame does not collide with the wall surfaces, flame diffusion is difficult between the jet flames ejected from adjacent communication passages in the auxiliary chamber, resulting in slow combustion.

一方、前述の特許文献1においては、副室から主室への火炎等のガスをピストン頂面に形成した衝突ガイド面に沿って拡散させることが示されているが、この衝突ガイド面の形状は、主室中心部分(副室付近)においては、ピストン頂面からの高さは低く、主室周縁部分においては高くなるように傾斜している。このため、副室からの火炎は、主室中心部分より周縁部分に溜まりやすく、主室内における火炎の拡散が生じにくい。 Meanwhile, the aforementioned Patent Document 1 shows that gas such as flame from the pre-chamber to the main chamber is diffused along a collision guide surface formed on the top surface of the piston, but the shape of this collision guide surface is inclined so that its height from the piston top surface is low in the central part of the main chamber (near the pre-chamber) and high in the peripheral part of the main chamber. For this reason, the flame from the pre-chamber is more likely to accumulate in the peripheral part than in the central part of the main chamber, making it difficult for the flame to diffuse within the main chamber.

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、ジェット点火システムを備えた副室式エンジンであって、副室から噴出される火炎をピストン頂面に設けられたガイド部に衝突させることによって、火炎を主室内において偏りなく拡散させて主室内での混合気の燃焼を改善する副室式エンジンを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a pre-chamber engine equipped with a jet ignition system in which the flame ejected from the pre-chamber is collided with a guide portion provided on the top surface of the piston, thereby diffusing the flame evenly within the main chamber and improving the combustion of the air-fuel mixture within the main chamber.

(1)上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一つの実施形態では、主室と、シリンダヘッドに設けられた隔壁により前記主室と区画された副室と、前記隔壁に設けられ前記主室と前記副室とを連通する複数の連通路と、を備え、前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記複数の連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する副室式エンジンであって、ピストン頂面に前記複数の連通路のそれぞれから噴出された火炎が衝突する衝突側面を有する凸形状の複数のガイド部を備え、前記複数のガイド部は、ピストンの平面視において前記副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在し、前記複数のガイド部の高さは、前記副室から遠ざかるにつれて低くなり、前記複数のガイド部のそれぞれの前記衝突側面は、ピストンの平面視において、前記副室から離れるに従って周方向の一方側に傾斜していること、を特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, at least one embodiment of the present disclosure provides an auxiliary chamber engine including a main chamber, an auxiliary chamber separated from the main chamber by a partition provided in a cylinder head, and a plurality of communication passages provided in the partition and communicating the main chamber with the auxiliary chamber, wherein a flame formed in the auxiliary chamber by ignition of a mixture in the auxiliary chamber is ejected into the main chamber via the plurality of communication passages to ignite the mixture in the main chamber, the engine comprising: a piston top surface including a plurality of convex guide parts having collision sides with which the flames ejected from each of the plurality of communication passages collide , the plurality of guide parts extending at an angle from the auxiliary chamber side toward an inner circumferential wall side of the cylinder in a plan view of the piston, the height of the plurality of guide parts decreasing with increasing distance from the auxiliary chamber, and the collision side of each of the plurality of guide parts inclining to one side in the circumferential direction with increasing distance from the auxiliary chamber in a plan view of the piston .

このような構成(1)によれば、火炎が衝突する凸形状のガイド部が副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在しているので、副室から噴出された火炎は、シリンダ内周壁やシリンダライナに直接衝突せずに、まずガイド部に衝突し、その後、主室内を周方向に旋回するように導かれる。従って、ピストンより温度の低いシリンダライナやシリンダ内周壁に直接衝突することで火炎の熱損失が増加することを抑制できる。 According to this configuration (1), the convex guide portion with which the flame collides extends at an angle from the auxiliary chamber side toward the cylinder inner wall side, so that the flame ejected from the auxiliary chamber does not collide directly with the cylinder inner wall or cylinder liner, but first collides with the guide portion, and is then guided to rotate circumferentially within the main chamber. This prevents the flame from directly colliding with the cylinder liner or cylinder inner wall, which are at a lower temperature than the piston, thereby preventing the flame from increasing its heat loss.

さらに、ガイド部の高さが副室から遠ざかるにつれて、すなわち、シリンダ内周壁に近づくにつれて低くなることによって、火炎はシリンダ内周壁付近において、隣り合うガイド部間に滞留することなく周方向に拡散しやすくなる。これによって、シリンダ内周壁付近における燃焼が促進される。 Furthermore, because the height of the guide section decreases as it moves away from the auxiliary chamber, i.e., as it approaches the cylinder inner wall, the flame tends to diffuse circumferentially near the cylinder inner wall without remaining between adjacent guide sections. This promotes combustion near the cylinder inner wall.

さらに、副室から噴出された火炎は、凸形状のガイド部に衝突して衝突部付近に拡散することによって、副室に近い主室中心側における火炎の拡散が促進される。これによって、副室に近い主室中心側における燃焼が促進される。 Furthermore, the flame ejected from the auxiliary chamber collides with the convex guide section and spreads near the collision section, promoting the spread of the flame in the center of the main chamber, which is closer to the auxiliary chamber. This promotes combustion in the center of the main chamber, which is closer to the auxiliary chamber.

以上のように、副室から噴出される火炎をピストン頂面に設けられたガイド部によって、火炎の熱損失が増加することを抑制するとともに、火炎を主室内において偏りなく分散させて主室内での混合気の燃焼を改善できる。 As described above, the flame ejected from the auxiliary chamber is guided by a guide portion provided on the top surface of the piston, which prevents the heat loss of the flame from increasing and disperses the flame evenly within the main chamber, improving the combustion of the air-fuel mixture in the main chamber.

(2)幾つかの実施形態では、前記ピストンの平面視において、前記複数の連通路のそれぞれの中心軸の延長線と、前記延長線の前記複数のガイド部のそれぞれとの交点における前記複数のガイド部のそれぞれの傾斜方向を示す接線であってシリンダ内周壁側へ向かう側の接線とのなす角度は鈍角であること、を特徴とする。 (2) In some embodiments, in a plan view of the piston, an angle between an extension line of the central axis of each of the plurality of communicating passages and a tangent line indicating the inclination direction of each of the plurality of guide portions at an intersection of the extension line and each of the plurality of guide portions, the tangent line facing the cylinder inner wall side, is an obtuse angle.

このような構成(2)によれば、副室から噴出してガイド部に衝突した火炎は、主室内をシリンダ内周壁側に向かうと共に主室内を周方向に旋回するように誘導される。 With this configuration (2), the flame that emerges from the auxiliary chamber and collides with the guide portion is guided in the main chamber toward the cylinder inner wall and swirls circumferentially within the main chamber.

(3)幾つかの実施形態では、前記ピストンの平面視において、前記複数のガイド部は前記副室から離れるに従って周方向の一方側に湾曲していること、を特徴とする。 (3) In some embodiments, in a plan view of the piston, the plurality of guide portions are curved toward one side in a circumferential direction as they become farther away from the sub chamber.

このような構成(3)によれば、ガイド部が周方向に湾曲しているので、ガイド部に衝突した火炎は、主室内の周方向への旋回が強められる。 According to this configuration (3), since the guide portion is curved in the circumferential direction, the flame that collides with the guide portion is more strongly swirled in the circumferential direction within the main chamber.

(4)幾つかの実施形態では、前記ピストンの平面視において、前記複数のガイド部のそれぞれの先端部と前記副室の中心部とを結ぶ直線が、隣接する前記複数のガイド部のそれぞれと交差するように、前記複数のガイド部のそれぞれの前記先端部が位置されること、を特徴とする。 (4) In some embodiments, in a plan view of the piston, the tip ends of the respective guide portions are positioned such that a straight line connecting a tip end of each of the respective guide portions and a center of the auxiliary chamber intersects with each of the adjacent guide portions.

このような構成(4)によれば、ガイド部の先端部と副室の中心部とを結ぶ直線が、隣接するガイド部と交差するように、ガイド部の先端部がシリンダ内周壁側に延びて位置されるので、隣接するガイド部間に通路が形成され、ガイド部に衝突した火炎は、このガイド部間の通路を通ってシリンダ内周壁側へと誘導されやすくなる。 According to this configuration (4), the tip of the guide part is positioned so that the straight line connecting the tip of the guide part and the center of the auxiliary chamber intersects with the adjacent guide part, so that a passage is formed between the adjacent guide parts, and the flame that hits the guide part is easily guided to the cylinder inner wall side through this passage between the guide parts.

(5)幾つかの実施形態では、前記ピストンの平面視において、前記複数のガイド部は、シリンダ内周壁側の先端部に向かうにつれて細くなること、を特徴とする。 (5) In some embodiments, in a plan view of the piston, the plurality of guide portions become thinner toward the tip portion on the cylinder inner wall side.

このような構成(5)によれば、ガイド部は、先端部に向かうにつれて細くなることによって、火炎はシリンダ内周壁付近において、隣り合うガイド部間に滞留することなく周方向に拡散しやすくなる。これによって、シリンダ内周壁付近における燃焼が促進される。また、ガイド部の高さが、ガイド部の先端に向かうにつれて低くなることと組み合わされることで、シリンダ内周壁付近における火炎の拡散が一層促進される。 According to this configuration (5), the guide portion becomes thinner toward the tip, which makes it easier for the flame to diffuse in the circumferential direction near the cylinder inner wall without stagnating between adjacent guide portions. This promotes combustion near the cylinder inner wall. In addition, when combined with the guide portion having a height that decreases toward the tip, the flame diffusion near the cylinder inner wall is further promoted.

(6)幾つかの実施形態では、前記ピストンの平面視において、互いに隣接する前記ガイド部の間に、前記複数のガイド部と同方向に副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在するサブガイド部をさらに備えること、を特徴とする。 (6) In some embodiments, the piston may further include a sub-guide portion between adjacent guide portions in a plan view of the piston, the sub-guide portion extending at an angle from the auxiliary chamber side toward the cylinder inner circumferential wall side in the same direction as the plurality of guide portions.

このような構成(6)によれば、サブガイド部は、ガイド部と同方向に副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在するので、サブガイド部によって、ガイド部への衝突後の火炎をシリンダ内周壁付近まで導くことができる。 According to this configuration (6), the sub-guide portion extends at an angle from the auxiliary chamber side toward the cylinder inner wall side in the same direction as the guide portion, so that the sub-guide portion can guide the flame after collision with the guide portion to the vicinity of the cylinder inner wall.

(7)幾つかの実施形態では、前記サブガイド部のそれぞれの高さは、前記複数のガイド部のそれぞれへの前記連通路からの火炎の衝突位置における高さより低く、且つ、主室の中心より同一半径における周方向において前記サブガイド部の両側の前記ガイド部の高さより低く形成されていること、を特徴とする。 (7) In some embodiments, the height of each of the sub-guide sections is lower than the height of a position at which flame impinges on each of the plurality of guide sections from the communicating passage, and is formed lower than the height of the guide sections on both sides of the sub-guide section in the circumferential direction at the same radius from the center of the main chamber.

このような構成(7)によれば、サブガイド部の高さが、連通路からの火炎の衝突位置における高さより低いので、連通路からの噴出火炎のガイド部への衝突に対してサブガイド部は妨げにならない。さらに、主室の中心より同一半径における周方向においてサブガイド部の両側のガイド部の高さより低く形成されているので、周方向に拡散しようとする火炎に対してもサブガイド部は妨げにならない。 According to this configuration (7), the height of the sub-guide portion is lower than the height of the collision position of the flame from the communication passage, so the sub-guide portion does not impede the collision of the flame ejected from the communication passage with the guide portion. Furthermore, since the sub-guide portion is formed lower than the height of the guide portions on both sides of the sub-guide portion in the circumferential direction at the same radius from the center of the main chamber, the sub-guide portion does not impede the flame that tries to spread in the circumferential direction.

本開示の少なくとも一つの実施形態によれば、副室から噴出される火炎をピストン頂面に設けられたガイド部に衝突させることによって、火炎の熱損失が増加することを抑制するとともに、火炎を主室内において偏りなく分散させて主室内での混合気の燃焼を改善できる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, by colliding the flame ejected from the auxiliary chamber with a guide portion provided on the top surface of the piston, it is possible to suppress an increase in heat loss of the flame and to distribute the flame evenly within the main chamber, thereby improving the combustion of the mixture in the main chamber.

本開示の一実施形態に係る副室式エンジンの燃焼室周りの構成を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration around a combustion chamber of a pre-combustion chamber engine according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 図1の副室式エンジンのピストン頂部の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the piston top of the pre-chamber engine of FIG. 1 . 図1の副室式エンジンのピストン頂部の側面図である。FIG. 2 is a side view of the piston top of the pre-chamber engine of FIG. 1 . 図2におけるA-A線の概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. 他の実施形態を示し、ピストン頂部の平面図であり図2に対応する図である。FIG. 4 is a plan view of the piston top according to another embodiment, and corresponds to FIG. 2 . 図5の他の実施形態の副室式エンジンのピストン頂部の側面図であり、図3に対応する図である。FIG. 6 is a side view of a piston top of the pre-chamber engine of the other embodiment of FIG. 5, and corresponds to FIG. 3.

以下、本開示の実施形態に係る副室式エンジンについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示に限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。 The following describes an engine with a pre-chamber according to an embodiment of the present disclosure with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present disclosure, and is not intended to be limiting, and may be modified as desired within the scope of the technical concept of the present disclosure.

図1~図4を参照して本開示の一実施形態を説明する。図1は、一実施形態に係る副室式エンジン(以下、単にエンジンという)1の燃焼室3周りの構成を示す概略断面図である。エンジン1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを含み、少なくとも一つの気筒を有している。 One embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 4. Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration around a combustion chamber 3 of a pre-chamber engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 according to one embodiment. The engine 1 includes a gasoline engine or a diesel engine, and has at least one cylinder.

各気筒は、図1に示すように、シリンダブロック5に形成されたシリンダ7と、シリンダ7内を往復動するピストン9と、シリンダブロック5の上部に固定されたシリンダヘッド11とを備え、シリンダヘッド11には、吸気ポート13及び排気ポート15が形成され、吸気ポート13には吸気弁17、排気ポート15には排気弁19がそれぞれ設けられている。 As shown in FIG. 1, each cylinder has a cylinder 7 formed in a cylinder block 5, a piston 9 that reciprocates within the cylinder 7, and a cylinder head 11 fixed to the top of the cylinder block 5. The cylinder head 11 has an intake port 13 and an exhaust port 15 formed therein, and an intake valve 17 is provided in the intake port 13, and an exhaust valve 19 is provided in the exhaust port 15.

また、シリンダ7内のシリンダヘッド11側には、シリンダ内周壁7aとピストン頂面9aとシリンダヘッド11とによって、燃焼室3が区画形成されている。燃焼室3の頂部3aには、燃焼室3の内部空間を、主室(主燃焼室)21と、副室(副燃焼室)23とに区画する隔壁25が設けられている。この隔壁25は、燃焼室3の頂部3aにおいてシリンダ中心又は中心近傍に装備され燃焼室3内に火花放電をする点火プラグ27を覆うように配置されている。燃焼室3内の隔壁25で覆われる内部空間が副室23となっており、燃焼室3内の隔壁25の外側空間が主室21となっている。 In addition, on the cylinder head 11 side of the cylinder 7, the combustion chamber 3 is partitioned by the cylinder inner wall 7a, the piston top surface 9a, and the cylinder head 11. A partition 25 is provided at the top 3a of the combustion chamber 3, partitioning the internal space of the combustion chamber 3 into a main chamber (main combustion chamber) 21 and an auxiliary chamber (auxiliary combustion chamber) 23. This partition 25 is arranged so as to cover an ignition plug 27 that is installed at or near the center of the cylinder at the top 3a of the combustion chamber 3 and discharges sparks into the combustion chamber 3. The internal space covered by the partition 25 in the combustion chamber 3 is the auxiliary chamber 23, and the space outside the partition 25 in the combustion chamber 3 is the main chamber 21.

また、シリンダ7内の頂部のシリンダ内周壁7aには、燃料噴射弁29が設置され、シリンダ7内に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジン(直噴エンジン)として構成されている。なお、筒内噴射の燃料噴射弁29に加えて吸気ポート13に燃料を噴射するポート噴射用の燃料噴射弁を追加してもよい。 Furthermore, a fuel injection valve 29 is installed on the cylinder inner wall 7a at the top of the cylinder 7, and the engine is configured as an in-cylinder injection engine (direct injection engine) that injects fuel directly into the cylinder 7. Note that in addition to the in-cylinder injection fuel injection valve 29, a port injection fuel injection valve that injects fuel into the intake port 13 may be added.

隔壁25には、図1、2に示すように、主室21と副室23とを連通する複数の連通路31が形成されている。複数の連通路31の一部又は全部を通じて主室21内から副室23内に、主室21内の燃料と空気の混合気が導入され、副室23内において所定のタイミングで混合気が点火プラグ27を用いて点火される。 As shown in Figures 1 and 2, the partition wall 25 has multiple communication passages 31 that connect the main chamber 21 and the auxiliary chamber 23. A mixture of fuel and air in the main chamber 21 is introduced from the main chamber 21 to the auxiliary chamber 23 through some or all of the multiple communication passages 31, and the mixture is ignited in the auxiliary chamber 23 at a predetermined timing using the spark plug 27.

そして、副室23内で点火して形成された火炎を、複数の連通路31を介して主室21内にジェット噴出させて主室21内の混合気に点火し、主室21内の燃焼を促進する。このような点火システムは、ジェット点火システムと呼ばれ、希薄混合気への点火及び燃焼促進に効果があり、主室21内のリーンバーンや大量EGR時に適している。 The flame formed by ignition in the auxiliary chamber 23 is jet-ejected into the main chamber 21 via multiple communication passages 31 to ignite the mixture in the main chamber 21 and promote combustion in the main chamber 21. This type of ignition system is called a jet ignition system, and is effective in igniting a lean mixture and promoting combustion, making it suitable for lean burn and large-volume EGR in the main chamber 21.

本実施形態は、点火プラグ27による火花点火式エンジンを示すが、圧縮着火による圧縮着火式エンジンの場合であってもよい。 This embodiment shows a spark ignition engine using a spark plug 27, but it may also be a compression ignition engine using compression ignition.

次に、ピストン頂面9aに設けられるガイド部33について説明する。図2は、ピストン頂部の上方からの平面図あり、図2に示すように、ピストン頂面9aには、副室23の連通路31から噴出される火炎35が衝突する衝突側面37を有する凸形状のガイド部33が、連通路31と同数設けられている。図2では、連通路31及びガイド部33の数はそれぞれ6個である。なお、連通路31及びガイド部33の数は必ずしも同数である必要はなく、連通路31に対して、ガイド部33の数が少なくても良い。 Next, the guide portions 33 provided on the piston top surface 9a will be described. FIG. 2 is a plan view from above of the piston top, and as shown in FIG. 2, the piston top surface 9a is provided with the same number of convex guide portions 33 as the number of communicating passages 31, each having a collision side 37 against which the flames 35 ejected from the communicating passages 31 of the auxiliary chamber 23 collide. In FIG. 2, there are six communicating passages 31 and six guide portions 33. Note that the numbers of communicating passages 31 and guide portions 33 do not necessarily have to be the same, and the number of guide portions 33 may be fewer than the number of communicating passages 31.

図3は、ピストン頂部の側面図を示し、火炎35が衝突側面37に衝突する状態を示す(衝突点P)。従って、図3は、ピストン9が上死点近傍の位置であって、その位置において副室23内の点火プラグ27が点火して火炎35が連通路31を通って噴出され、その噴出された火炎35が、ガイド部33の衝突側面37と衝突する状態を示している。 Figure 3 shows a side view of the piston top, showing the state where flame 35 collides with the collision side 37 (collision point P). Thus, Figure 3 shows the state where the piston 9 is in a position near top dead center, where the spark plug 27 in the auxiliary chamber 23 ignites and flame 35 is ejected through the communication passage 31, and the ejected flame 35 collides with the collision side 37 of the guide portion 33.

図2の衝突点Pにおけるガイド部33の傾斜方向を示す接線L2に対して直角方向のA-A線に沿うガイド部33の断面形状は、図4のように、なだらかな山形状に形成されている。すなわち、ガイド部33の頂部33aはエッジ状ではなく曲面形状に形成されており、衝突側面37に衝突した火炎35がガイド部33の頂部33aを超えて衝突側面37とは反対側の側面にスムーズに流れる(反対側の側面に剥離を生じることなく流れる)形状になっている。 The cross-sectional shape of the guide portion 33 along line A-A perpendicular to tangent line L2, which indicates the inclination direction of the guide portion 33 at collision point P in Figure 2, is formed into a gentle mountain shape as shown in Figure 4. That is, the apex 33a of the guide portion 33 is formed into a curved shape rather than an edge shape, and the flame 35 that collides with the collision side 37 flows smoothly over the apex 33a of the guide portion 33 to the side opposite the collision side 37 (flowing without peeling on the opposite side).

さらに、ガイド部33は、図2のピストン頂部の平面視において、副室23側からシリンダ内周壁7a側へ向かって傾斜して延在している。この傾斜形状は、直線状に傾斜していても、湾曲状に傾斜していてもよい。 Furthermore, the guide portion 33 extends at an incline from the auxiliary chamber 23 side toward the cylinder inner wall 7a side in the plan view of the piston top in FIG. 2. This inclination shape may be linear or curved.

さらに、ガイド部33の高さHは、副室23側からシリンダ内周壁7a側へ向かって遠ざかるにつれて低くなるように形成され、ガイド部33の最高高さH1から最低高さH2(ゼロ含む)へと変化している(図3参照)。衝突点Pは、ガイド部33の副室23側に位置されているので、衝突点Pからシリンダ内周壁7a側へ向かってガイド部33の高さは低下していく。 Furthermore, the height H of the guide portion 33 is formed to decrease as it moves away from the auxiliary chamber 23 toward the cylinder inner wall 7a, changing from the maximum height H1 of the guide portion 33 to the minimum height H2 (including zero) (see FIG. 3). The collision point P is located on the auxiliary chamber 23 side of the guide portion 33, so the height of the guide portion 33 decreases from the collision point P toward the cylinder inner wall 7a.

なお、ガイド部33の高さHとは、ピストン頂面9aからガイド部33の頂部33aまでの高さをいう(図4参照)。 The height H of the guide portion 33 refers to the height from the piston top surface 9a to the top 33a of the guide portion 33 (see Figure 4).

また、図2に示すように、連通路31の中心軸の延長線L1と、衝突点Pにおけるガイド部33の接線L2であって、シリンダ内周壁7aへ向かう側の接線とのなす角度θは、鈍角になるように設定されている。 As shown in FIG. 2, the angle θ between the extension line L1 of the central axis of the communication passage 31 and the tangent line L2 of the guide section 33 at the collision point P, which is the tangent line toward the cylinder inner wall 7a, is set to be an obtuse angle.

なお、ガイド部33の傾斜方向は、燃焼室3内に吸気ポート13から流入される吸気に吸気スワール流が形成される場合には、吸気スワール流方向に傾斜させて、吸気スワール流に乗せて燃焼室3内に火炎35を拡散させることが好ましい。 When an intake swirl flow is formed in the intake air flowing into the combustion chamber 3 from the intake port 13, it is preferable that the inclination direction of the guide portion 33 is inclined in the intake swirl flow direction so that the flame 35 is carried by the intake swirl flow and diffused into the combustion chamber 3.

以上の一実施形態によれば、火炎35が衝突する凸形状のガイド部33が副室23側からシリンダ内周壁7a側へ向かって傾斜しているので、副室23から噴出された火炎35は、シリンダ内周壁7aやシリンダライナに直接衝突せずに、まずガイド部33に衝突し、その後、主室21内を周方向に旋回するように導かれる。 According to the above embodiment, the convex guide portion 33 with which the flame 35 collides is inclined from the auxiliary chamber 23 side toward the cylinder inner wall 7a side, so that the flame 35 ejected from the auxiliary chamber 23 does not collide directly with the cylinder inner wall 7a or the cylinder liner, but first collides with the guide portion 33, and is then guided to rotate circumferentially within the main chamber 21.

また、連通路31の中心軸の延長線L1と衝突点Pにおけるガイド部33の傾斜方向を示す接線L2であって、シリンダ内周壁7aへ向かう側の接線とのなす角度θが鈍角になるように設定されているので、ガイド部33の衝突側面37に衝突した火炎35は、主室21内をシリンダ内周壁7a側に向かうと共に主室21内を周方向に旋回するように誘導される。 In addition, the angle θ between the extension line L1 of the central axis of the communication passage 31 and the tangent line L2 indicating the inclination direction of the guide section 33 at the collision point P and the tangent line toward the cylinder inner wall 7a is set to be an obtuse angle, so that the flame 35 that collides with the collision side surface 37 of the guide section 33 is guided to move toward the cylinder inner wall 7a inside the main chamber 21 and to rotate circumferentially inside the main chamber 21.

このように、ガイド部33によって、副室23から噴出された火炎35がピストン9より温度の低いシリンダライナやシリンダ内周壁7aに直接衝突することによる火炎35の熱損失が抑制される。 In this way, the guide portion 33 suppresses the heat loss of the flame 35 that occurs when the flame 35 ejected from the auxiliary chamber 23 directly impinges on the cylinder liner or the cylinder inner wall 7a, which are at a lower temperature than the piston 9.

また、本実施形態によれば、ガイド部33の高さが副室23から遠ざかるにつれて、すなわち、シリンダ内周壁7aに近づくにつれて低くなることによって、火炎35はシリンダ内周壁7a付近において、隣り合うガイド部33間に滞留することなく周方向に拡散しやすくなる。これによって、シリンダ内周壁7a付近における燃焼が促進される。 In addition, according to this embodiment, the height of the guide portion 33 decreases as it moves away from the auxiliary chamber 23, i.e., as it approaches the cylinder inner wall 7a, so that the flame 35 tends to diffuse in the circumferential direction near the cylinder inner wall 7a without remaining between adjacent guide portions 33. This promotes combustion near the cylinder inner wall 7a.

また、副室23から噴出された火炎35は、凸形状のガイド部33の副室23側に位置する衝突側面37に衝突することで、火炎35は衝突部付近に拡散し、副室23に近い主室21の中心側における火炎35の拡散が促進される。これによって、主室21の中心側における燃焼が促進される。 Furthermore, the flame 35 ejected from the auxiliary chamber 23 collides with the collision side 37 located on the auxiliary chamber 23 side of the convex guide portion 33, so that the flame 35 spreads near the collision portion, promoting the spread of the flame 35 on the central side of the main chamber 21 close to the auxiliary chamber 23. This promotes combustion on the central side of the main chamber 21.

さらに、衝突点Pにおけるガイド部33の接線L2に対して直角方向のガイド部33の断面形状の頂部33aはエッジ状ではなく曲面形状を有するので、衝突側面37に衝突した火炎35は、ガイド部33の頂部33aを超えて衝突側面37と反対側の側面にスムーズに流れることができ。これによって、衝突点Pに衝突した火炎35は、主室21の中心側において一層拡散が促進される。 Furthermore, the apex 33a of the cross-sectional shape of the guide part 33 perpendicular to the tangent line L2 of the guide part 33 at the collision point P has a curved shape rather than an edge shape, so the flame 35 that collides with the collision side 37 can flow smoothly over the apex 33a of the guide part 33 to the side opposite the collision side 37. This further promotes the diffusion of the flame 35 that collides with the collision point P toward the center of the main chamber 21.

以上のように、副室23から噴出された火炎35をピストン頂面9aに設けられたガイド部33に衝突させることで、火炎35の熱損失が増加することを抑制するとともに、火炎35を主室21内において、中心側及び周縁側へと偏りなく分散させて主室21内での混合気の燃焼を改善することができる。 As described above, by colliding the flame 35 ejected from the auxiliary chamber 23 with the guide portion 33 provided on the piston top surface 9a, it is possible to suppress an increase in heat loss of the flame 35, and to disperse the flame 35 evenly toward the center and periphery within the main chamber 21, thereby improving the combustion of the mixture within the main chamber 21.

幾つかの実施形態では、図2に示すように、ピストン9の平面視において、ガイド部33は、副室23から離れるに従って周方向に湾曲している。 In some embodiments, as shown in FIG. 2, in a plan view of the piston 9, the guide portion 33 curves in the circumferential direction as it moves away from the auxiliary chamber 23.

このように、ガイド部33が周方向に湾曲しているので、ガイド部33に衝突した火炎35は、主室21内の周方向への旋回が強められる。 As such, because the guide portion 33 is curved in the circumferential direction, the flame 35 that collides with the guide portion 33 is strengthened in its circumferential swirl within the main chamber 21.

なお、ガイド部33の湾曲形状の長さや湾曲の曲率は、複数のガイド部33全て同一でなくてもよく、吸気ポート13や排気ポート15の配置、さらにはポート開口面積等による主室21内の混合気の流れを考慮して設定してもよい。 The length of the curved shape of the guide section 33 and the curvature of the curve do not have to be the same for all of the guide sections 33, and may be set taking into consideration the arrangement of the intake port 13 and exhaust port 15, as well as the flow of the mixture gas in the main chamber 21 due to the port opening area, etc.

幾つかの実施形態では、図2に示すように、ピストン9の平面視において、ガイド部33の延在方向の先端部(ガイド部33の中心線の先端部)Dと副室23の中心部Cを結ぶ直線L3が、隣接するガイド部33と交差(交差点K)するように、ガイド部33の先端部Dが位置される。 In some embodiments, as shown in FIG. 2, in a plan view of the piston 9, the tip D of the guide portion 33 is positioned so that a straight line L3 connecting the tip D of the guide portion 33 in the extension direction (the tip of the center line of the guide portion 33) and the center C of the auxiliary chamber 23 intersects with an adjacent guide portion 33 (intersection point K).

このように、ガイド部33の先端部Dと副室23の中心部Cとを結ぶ直線L3が、隣接する次のガイド部33と交差(交差点K)するように、ガイド部33の先端部Dがシリンダ内周壁7a側に延びて位置されるので、ガイド部33同士の間に通路39が形成され、ガイド部33の衝突側面37に衝突した火炎35は、ガイド部33間の通路39に沿ってシリンダ内周壁7a側へと流れるので、火炎35は、シリンダ内周壁7a側へと導かれやすくなる。 In this way, the tip D of the guide part 33 is positioned to extend toward the cylinder inner wall 7a so that the straight line L3 connecting the tip D of the guide part 33 and the center C of the auxiliary chamber 23 intersects with the next adjacent guide part 33 (intersection K). This forms a passage 39 between the guide parts 33, and the flame 35 that collides with the collision side 37 of the guide part 33 flows toward the cylinder inner wall 7a along the passage 39 between the guide parts 33, making it easier for the flame 35 to be guided toward the cylinder inner wall 7a.

幾つかの実施形態では、ピストン9の平面視において、ガイド部33は、シリンダ内周壁7a側の先端部に向かうにつれて細くなっている。 In some embodiments, in a plan view of the piston 9, the guide portion 33 becomes thinner toward the tip end on the cylinder inner wall 7a side.

ガイド部33は、先端部に向かうにつれて細くなることによって、火炎35はシリンダ内周壁7a付近において、隣り合うガイド部33間に滞留することなく周方向に拡散しやすくなる。これによって、シリンダ内周壁7a付近における燃焼がさらに促進される。ガイド部33の先端部に向かうにつれて細くなる形状は、既に説明したガイド部33の先端部に向かうにつれて高さが低くなる形状と相まってシリンダ内周壁7a付近における火炎35の拡散が一層促進される。 By narrowing the guide portion 33 toward the tip, the flame 35 can easily diffuse in the circumferential direction near the cylinder inner wall 7a without remaining between adjacent guide portions 33. This further promotes combustion near the cylinder inner wall 7a. The shape of the guide portion 33 that narrows toward the tip, combined with the shape of the guide portion 33 that decreases in height toward the tip as already described, further promotes the diffusion of the flame 35 near the cylinder inner wall 7a.

次に、他の実施形態を、図5、6を参照して説明する。他の実施形態は、一実施形態に対して互いに隣接するガイド部33の間に、ガイド部33と同方向に傾斜して延在するサブガイド部41をさらに備えている。他の実施形態において、一実施形態の構成要件と同じものは同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next, another embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. In comparison with the first embodiment, the other embodiment further includes a sub-guide portion 41 between adjacent guide portions 33, which extends at an incline in the same direction as the guide portion 33. In the other embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図5、6に示すように、ピストン頂面9a上には互いに隣接するガイド部33の間にガイド部33と同方向に副室23側からシリンダ内周壁7a側へ向かって傾斜して延在するサブガイド部41が設けられている。 As shown in Figures 5 and 6, a sub-guide section 41 is provided on the piston top surface 9a between adjacent guide sections 33, and extends in the same direction as the guide sections 33, at an angle from the auxiliary chamber 23 side toward the cylinder inner wall 7a side.

このサブガイド部41の高さHS(ピストン頂面9aからサブガイド部41の頂部までの高さ)は、ガイド部33の衝突側面37への火炎35の衝突点Pの高さHP(ピストン頂面9aから衝突点Pまでの高さ)より低く、且つ、主室21の中心より同一半径における周方向においてサブガイド部41の両側のガイド部33の高さHより低く形成されている。 The height HS of this sub-guide section 41 (height from the piston top surface 9a to the top of the sub-guide section 41) is lower than the height HP (height from the piston top surface 9a to the collision point P) of the flame 35 on the collision side surface 37 of the guide section 33, and is formed lower than the height H of the guide sections 33 on both sides of the sub-guide section 41 in the circumferential direction at the same radius from the center of the main chamber 21.

互いに隣接するガイド部33の間とは、ピストン9の平面視において、主室21内の周方向において隣り合うガイド部33の間であって、且つ、ガイド部33の延在方向の先端部(ガイド部33の中心線の先端部)Dと副室23の中心部Cを結ぶ直線L3と、隣接する次のガイド部33の延在方向の基端部(ガイド部33の中心線の基端部)Bと副室23の中心部Cとを結ぶ直線L4とで挟まれる範囲をいう。そして、この隣接するガイド部33の間に、サブガイド部41の少なくとも一部が設けられている。 The space between adjacent guide parts 33 refers to the space between adjacent guide parts 33 in the circumferential direction of the main chamber 21 in a plan view of the piston 9, and is sandwiched between a straight line L3 connecting a tip end D of the guide part 33 in the extension direction (tip end of the center line of the guide part 33) to the center C of the auxiliary chamber 23, and a straight line L4 connecting a base end B of the next adjacent guide part 33 in the extension direction (base end of the center line of the guide part 33) to the center C of the auxiliary chamber 23. At least a part of the sub-guide part 41 is provided between these adjacent guide parts 33.

なお、サブガイド部41の高さHSは、図6では基端部から先端部に亘って一定の高さの例を示すが、先端部に向かうにつれて低くなってもよい。また、サブガイド部41のピストン9の平面視における幅は、基端部から先端部に亘って同一であっても、先端部に向かうにつれて細くなってもよい。 In addition, while the height HS of the sub-guide portion 41 is shown as being constant from the base end to the tip end in FIG. 6, it may become lower toward the tip end. Also, the width of the sub-guide portion 41 in a plan view of the piston 9 may be the same from the base end to the tip end, or may become narrower toward the tip end.

以上の他の実施形態によれば、サブガイド部41は、ガイド部33と同方向に副室23側からシリンダ内周壁7a側へ向かって傾斜して延在するので、サブガイド部41によって、ガイド部33の衝突側面37への衝突後の火炎35をシリンダ内周壁7a付近まで導くことができる。 According to the above other embodiment, the sub-guide portion 41 extends in the same direction as the guide portion 33, at an angle from the auxiliary chamber 23 side toward the cylinder inner wall 7a side, so that the sub-guide portion 41 can guide the flame 35 after collision with the collision side surface 37 of the guide portion 33 to the vicinity of the cylinder inner wall 7a.

しかも、サブガイド部41の高さHSは、火炎35の衝突点Pにおける高さHPより低いので、副室23から噴出される火炎35の衝突側面37への衝突の妨げにならない。 Moreover, the height HS of the sub-guide portion 41 is lower than the height HP of the flame 35 at the collision point P, so it does not impede the collision of the flame 35 ejected from the auxiliary chamber 23 with the collision side surface 37.

さらに、サブガイド部41の高さHSは、主室21の中心より同一半径における周方向においてサブガイド部41の両側のガイド部33の高さHより低いので、ガイド部33の衝突側面37への衝突後に主室21内を周方向に拡散しようとする火炎35の拡散に対して妨げにならない。このように、サブガイド部41の設置によって、衝突側面37への衝突後の火炎35を、周方向への拡散を妨げることなくシリンダ内周壁7a付近まで効率よく導くことができる。 Furthermore, the height HS of the sub-guide portion 41 is lower than the height H of the guide portions 33 on both sides of the sub-guide portion 41 in the circumferential direction at the same radius from the center of the main chamber 21, so there is no hindrance to the spread of the flame 35 that attempts to spread circumferentially within the main chamber 21 after colliding with the impact side 37 of the guide portion 33. In this way, by installing the sub-guide portion 41, the flame 35 that has collided with the impact side 37 can be efficiently guided to the vicinity of the cylinder inner wall 7a without impeding its spread in the circumferential direction.

1 エンジン(副室式エンジン)
3 燃焼室
3a 燃焼室の頂部
5 シリンダブロック
7 シリンダ
7a シリンダ内周壁
9 ピストン
9a ピストン頂面
11 シリンダヘッド
21 主室
23 副室
25 隔壁
27 点火プラグ
31 連通路
33 ガイド部
33a ガイド部の頂部
35 火炎
37 衝突側面
41 サブガイド部
B ガイド部の基端部
C 副室の中心部
D ガイド部の先端部
θ 連通路の中心軸の延長線と衝突点Pにおける接線とのなす角度
H ガイド部の高さ
H1 ガイド部の最高高さ
H2 ガイド部の最低高さ
L1 連通路の中心軸の延長線
L2 衝突点Pにおける接線
L3 ガイド部の先端部と副室中心部とを結ぶ直線
L4 隣接するガイド部の基端部と副室中心部とを結ぶ直線
HS サブガイド部の高さ
HP 衝突点Pの高さ
K 直線L3と隣接する次のガイドとの交差点
P 火炎の衝突点

1 Engine (pre-chamber engine)
3 Combustion chamber 3a Top of combustion chamber 5 Cylinder block 7 Cylinder 7a Cylinder inner peripheral wall 9 Piston 9a Piston top surface 11 Cylinder head 21 Main chamber 23 Auxiliary chamber 25 Partition wall 27 Ignition plug 31 Communication passage 33 Guide portion 33a Top of guide portion 35 Flame 37 Collision side surface 41 Sub-guide portion B Base end portion C of guide portion Center portion D of auxiliary chamber Tip portion θ Angle H between extension line of central axis of communication passage and tangent line at collision point P Height of guide portion H1 Maximum height H2 of guide portion Minimum height L1 of guide portion Extension line L2 of central axis of communication passage Tangent line L3 at collision point P Straight line L4 connecting tip portion of guide portion and auxiliary chamber center Straight line HS connecting base end portion of adjacent guide portion and auxiliary chamber center Height HP of sub-guide portion Height K of collision point P Intersection P of line L3 with adjacent next guide Collision point of flame

Claims (7)

主室と、シリンダヘッドに設けられた隔壁により前記主室と区画された副室と、前記隔壁に設けられ前記主室と前記副室とを連通する複数の連通路と、を備え、前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記複数の連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する副室式エンジンであって、
ピストン頂面に前記複数の連通路のそれぞれから噴出された火炎が衝突する衝突側面を有する凸形状の複数のガイド部を備え、
前記複数のガイド部は、ピストンの平面視において前記副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在し、前記複数のガイド部の高さは、前記副室から遠ざかるにつれて低くなり、前記複数のガイド部のそれぞれの前記衝突側面は、ピストンの平面視において、前記副室から離れるに従って周方向の一方側に傾斜していること、を特徴とする副室式エンジン。
1. A pre-chamber engine comprising: a main chamber; a pre-chamber separated from the main chamber by a partition wall provided in a cylinder head; and a plurality of communication passages provided in the partition wall for communicating between the main chamber and the pre-chamber, wherein a flame formed in the pre-chamber by ignition of an air-fuel mixture in the pre-chamber is ejected into the main chamber via the plurality of communication passages to ignite the air-fuel mixture in the main chamber,
a plurality of convex guide portions having collision sides on a piston top surface against which flames ejected from each of the plurality of communication passages collide;
the plurality of guide portions extend at an angle from the auxiliary chamber side toward a cylinder inner circumferential wall side in a plan view of the piston, the height of the plurality of guide portions decreases with increasing distance from the auxiliary chamber , and the collision side surface of each of the plurality of guide portions is inclined to one side in the circumferential direction with increasing distance from the auxiliary chamber in a plan view of the piston .
前記ピストンの平面視において、前記複数の連通路のそれぞれの中心軸の延長線と、前記延長線の前記複数のガイド部のそれぞれとの交点における前記複数のガイド部のそれぞれの傾斜方向を示す接線であってシリンダ内周壁側へ向かう側の接線とのなす角度は鈍角であること、を特徴とする請求項1に記載の副室式エンジン。 2. The engine with a separate chamber according to claim 1, wherein, in a plan view of the piston, an angle formed by an extension line of a central axis of each of the plurality of communicating passages and a tangent line indicating an inclination direction of each of the plurality of guide portions at an intersection of the extension line and each of the plurality of guide portions, the tangent line being a tangent line toward a cylinder inner wall side, is an obtuse angle. 前記ピストンの平面視において、前記複数のガイド部は前記副室から離れるに従って周方向の一方側に湾曲していること、を特徴とする請求項1又は2に記載の副室式エンジン。 3. The pre-chamber engine according to claim 1, wherein, in a plan view of the piston, the plurality of guide portions are curved toward one side in a circumferential direction as they move away from the pre-chamber. 前記ピストンの平面視において、前記複数のガイド部のそれぞれの先端部と前記副室の中心部とを結ぶ直線が、隣接する前記複数のガイド部のそれぞれと交差するように、前記複数のガイド部のそれぞれの前記先端部が位置されること、を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の副室式エンジン。 4. The pre-chamber engine according to claim 1, wherein in a plan view of the piston, a tip end of each of the plurality of guide portions is positioned such that a straight line connecting a tip end of each of the plurality of guide portions and a center portion of the pre-chamber intersects with each of the plurality of adjacent guide portions. 前記複数のガイド部は、前記ピストンの平面視において、シリンダ内周壁側の先端部に向かうにつれて細くなること、を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の副室式エンジン。 5. The engine according to claim 1, wherein the plurality of guide portions are tapered toward a tip portion of the piston on an inner peripheral wall side of the cylinder in a plan view of the piston. 前記ピストンの平面視において、互いに隣接する前記ガイド部の間に、前記複数のガイド部と同方向に副室側からシリンダ内周壁側へ向かって傾斜して延在するサブガイド部をさらに備えること、を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の副室式エンジン。 6. The pre-chamber engine according to claim 1, further comprising a sub-guide portion between adjacent guide portions in a plan view of the piston, the sub-guide portion extending obliquely from the pre-chamber side toward the cylinder inner circumferential wall side in the same direction as the plurality of guide portions. 前記サブガイド部のそれぞれの高さは、前記複数のガイド部のそれぞれへの前記連通路からの火炎の衝突位置における高さより低く、且つ、主室の中心より同一半径における周方向においてサブガイド部の両側のガイド部の高さより低く形成されていること、を特徴とする請求項6に記載の副室式エンジン。 7. The engine of claim 6 , wherein a height of each of the sub-guide portions is lower than a height of a position at which a flame impinges on each of the plurality of guide portions from the communicating passage, and is also lower than a height of the guide portions on both sides of the sub-guide portion in a circumferential direction at the same radius from the center of the main chamber.
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