JP2992967B2 - engine - Google Patents
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン、つまり内燃
機関に関し、より詳しくはエンジンの熱効率を高めるよ
うにしたものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine, that is, an internal combustion engine, and more particularly, to an engine having a high thermal efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】エンジン、すなわち内燃機関において
は、燃焼室に供給された燃料の燃焼に伴う圧力上昇を利
用して機械的仕事を取り出すようになっている。したが
って、燃焼に伴う圧力上昇△P(筒内圧力上昇)が大き
い程よく仕事をする、ということになる。2. Description of the Related Art In an engine, that is, an internal combustion engine, mechanical work is taken out by utilizing a pressure increase accompanying combustion of fuel supplied to a combustion chamber. Therefore, the greater the pressure rise ΔP (in-cylinder pressure rise) accompanying combustion is, the better the work is performed.
【0003】いま、燃料の発熱量Qは下記の式で表され
る。 Q=Cv ・G・△T ・・・(1)[0003] Now, the calorific value Q of the fuel is expressed by the following equation. Q = Cv · G · ΔT (1)
【0004】ここに、Cv :定容比熱 G:燃焼室に投入された混合気の質量 △T:燃焼に伴う温度上昇(筒内温度の上昇)Here, Cv: constant volume specific heat G: mass of air-fuel mixture charged into the combustion chamber ΔT: temperature rise due to combustion (increase in cylinder temperature)
【0005】上記(1)式を変形すると下記の(2)式
となる。 △T=Q/Cv ・G ・・・(2) この(2)式から理解されるように、Q、Gが一定とす
ると、Cv が小さい程、△Tは大となる。When the above equation (1) is modified, the following equation (2) is obtained. ΔT = Q / Cv · G (2) As understood from the equation (2), when Q and G are constant, ΔT increases as Cv decreases.
【0006】ところで、定容比熱Cv は筒内温度Tにほ
ぼ比例して大きくなることが知られている(図1参
照)。換言すれば、筒内温度Tが小さい程、定容比熱C
v は小さい。したがって、筒内温度Tが小さい程、燃焼
に伴う筒内温度の上昇△Tは大きいということになる。It is known that the constant volume specific heat Cv increases substantially in proportion to the in-cylinder temperature T (see FIG. 1). In other words, the smaller the in-cylinder temperature T, the lower the constant volume specific heat C
v is small. Therefore, the lower the in-cylinder temperature T, the greater the increase in the in-cylinder temperature ΔT due to combustion.
【0007】ここに、筒内温度の上昇△Tが大きい程、
筒内圧力は大きく上昇(△Pが大きい)することから、
筒内温度Tが小さい程、筒内圧力はその上昇△Pが大き
いということになる。つまり、同一量の燃料を投入し、
得られた発熱量が同一としたときに、筒内温度Tが小さ
い程、筒内圧力の上昇△Pは大きく、したがって良く仕
事をする(熱効率が良い)、ということになる。Here, as the rise ΔT of the in-cylinder temperature becomes larger,
Since the cylinder pressure rises greatly (大 き く P is large),
As the in-cylinder temperature T decreases, the in-cylinder pressure increases ΔP. In other words, put the same amount of fuel,
Assuming that the obtained calorific value is the same, the smaller the in-cylinder temperature T, the greater the in-cylinder pressure increase ΔP, and thus the better the work (the better the thermal efficiency).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、筒内温度を
小さなものとして熱効率を向上するようにしたエンジン
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an engine in which the in-cylinder temperature is reduced to improve the thermal efficiency.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
べく、本発明にあっては、エンジン本体に形成され、燃
焼室に開口する副室と、該副室の開口を開閉する副室バ
ルブと、を備え、前記副室バルブは、圧縮行程の中期に
開弁され、圧縮行程の終期ないし爆発行程の初期の間に
閉弁される、構成としてある。According to the present invention, there is provided a sub-chamber formed in an engine body and opening to a combustion chamber, and a sub-chamber for opening and closing the opening of the sub-chamber. A sub-chamber valve, which is opened in the middle of the compression stroke and closed during the end of the compression stroke or the beginning of the explosion stroke.
【0010】[0010]
【作用】上記の構成により、圧縮に伴う熱い混合気が副
室に封入され、この副室内で冷却される。そして副室内
で冷やされた混合気は次の圧縮行程で燃焼室内の混合気
の一部と置換され、この結果燃焼室内の混合気は冷却さ
れる(筒内温度の低下)。したがって、副室に導入する
混合気が高温である程、副室での冷却効果が大きく、こ
れにより筒内温度を大きく低下させることが可能とな
る。According to the above arrangement, the hot air-fuel mixture accompanying the compression is sealed in the sub-chamber and cooled in the sub-chamber. Then, the air-fuel mixture cooled in the sub-chamber is replaced with a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber in the next compression stroke, and as a result, the air-fuel mixture in the combustion chamber is cooled (decrease in cylinder temperature). Therefore, the higher the temperature of the air-fuel mixture introduced into the sub-chamber, the greater the cooling effect in the sub-chamber, which makes it possible to greatly reduce the in-cylinder temperature.
【0011】上記副室バルブの閉じ時期を考察したとき
に、燃焼室内の混合気を圧縮することによる温度上昇を
最大限に利用するのであれば、副室バルブの閉じ時期を
圧縮上死点とすればよい。あるいは、燃焼による圧力上
昇をも最大限に利用するのであれば、副室バルブはでき
るだけ遅く閉じる方がよい(燃焼最高圧力に達するクラ
ンク角は圧縮上死点後(ATDC)約30deg)。When considering the closing timing of the sub-chamber valve, if the temperature rise caused by compressing the air-fuel mixture in the combustion chamber is to be utilized to the utmost, the closing timing of the sub-chamber valve is determined as the compression top dead center. do it. Alternatively, in order to make maximum use of the pressure increase due to combustion, it is better to close the sub chamber valve as late as possible (the crank angle at which the combustion maximum pressure is reached is about 30 deg after compression top dead center (ATDC)).
【0012】ここに、現実の燃焼状態は、図2の指圧線
図が示すように、各サイクル毎に大きく変動している。
したがって、筒内圧力の偏差(バラツキ)が大きいとき
まで副室バルブを開いていたのでは、副室内に閉じ込め
られる混合気は、その圧力、密度、温度が各サイクル毎
に変動することとなって好ましくない。Here, the actual combustion state fluctuates greatly in each cycle as shown in the acupressure diagram of FIG.
Therefore, if the sub-chamber valve is opened until the in-cylinder pressure deviation (variation) is large, the pressure, density, and temperature of the air-fuel mixture confined in the sub-chamber will fluctuate in each cycle. Not preferred.
【0013】かかる観点から図2を検討すると、この図
2に示すエンジン仕様及び運転条件の例では、燃焼室内
の圧力変動が発生する時期は、点火時期後約20deg
前後経過した後である。したがって、燃焼に伴う圧力上
昇の偏差(バラツキ)が発生する直前に副室バルブを閉
じれば、燃焼変動の影響を抑えつつ混合気の冷却効果を
高めることが可能となる。Considering FIG. 2 from this viewpoint, in the example of the engine specifications and operating conditions shown in FIG. 2, the timing at which the pressure fluctuation in the combustion chamber occurs is about 20 deg after the ignition timing.
After the time has passed. Therefore, if the sub-chamber valve is closed immediately before the deviation (variation) in the pressure rise due to combustion, it is possible to increase the cooling effect of the air-fuel mixture while suppressing the influence of the combustion fluctuation.
【0014】他方、燃焼に伴う圧力変動の影響を受けな
いようにするのであれば、点火時期近傍で副室バルブを
閉じればよい。つまり、圧縮行程の終期で副室バルブを
閉じればよい。On the other hand, if the influence of the pressure fluctuation due to combustion is to be prevented, the sub-chamber valve may be closed near the ignition timing. That is, the sub-chamber valve may be closed at the end of the compression stroke.
【0015】副室バルブの開け時期は、具体的には、上
記副室バルブの閉じ時期との関係で決定すればよい。す
なわち、副室バルブを開いたとしても、直ちに副室内の
混合気と燃焼室内の混合気とを置換させることができな
い。この置換のためには、ある程度の時間が必要とな
る。しかし、余り早い時期に副室バルブを開いたときに
は、燃焼室の容積プラス副室の容積の下で圧縮行程が行
われることとなって、圧縮損失が大きくなる。The timing of opening the sub-chamber valve may be determined in detail in relation to the timing of closing the sub-chamber valve. That is, even if the sub-chamber valve is opened, the air-fuel mixture in the sub-chamber and the air-fuel mixture in the combustion chamber cannot be immediately replaced. This replacement requires a certain amount of time. However, when the sub-chamber valve is opened too early, the compression stroke is performed under the volume of the combustion chamber plus the volume of the sub-chamber, and the compression loss increases.
【0016】したがって、副室バルブの開き時期は、圧
縮行程に入った後(吸気弁を閉じた後)できるだけ遅く
且つ副室内の混合気を置換させるに必要な時間を確保で
きるタイミングとすればよく、この副室バルブの開き時
期は圧縮行程の中期ということになる。勿論、副室バル
ブの開き時期は最終的には実験により決定すればよい。Therefore, the opening time of the sub-chamber valve may be set as late as possible after the start of the compression stroke (after the intake valve is closed) and the time required to replace the air-fuel mixture in the sub-chamber. The opening timing of the sub-chamber valve is the middle stage of the compression stroke. Of course, the opening timing of the sub chamber valve may be finally determined by an experiment.
【0017】尚、本発明に構造上近似した従来技術とし
て、特開昭54−116512号公報、特開昭54−9
80408号公報等に開示の副室付きエンジンがある。
この副室付きエンジンは、燃焼室に開口する副室と、該
副室の開口を開閉する副室バルブとを備えており、この
点では本発明と共通である。Incidentally, as prior arts which are structurally similar to the present invention, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 54-116512 and
There is an engine with a sub-chamber disclosed in Japanese Patent No. 80408 and the like.
The engine with a sub-chamber includes a sub-chamber that opens to the combustion chamber, and a sub-chamber valve that opens and closes the opening of the sub-chamber. This point is common to the present invention.
【0018】しかし、この副室付きエンジンは、吸気弁
の閉じ時期に合わせて副室バルブを開けて、副室内の混
合気を利用して(副室と燃焼室との差圧を利用して)、
燃焼室内に強いスワ−ルを生成するようにしてある点で
本発明と異なる。However, in this engine with a sub-chamber, the sub-chamber valve is opened in accordance with the closing timing of the intake valve, and the air-fuel mixture in the sub-chamber is used (using the differential pressure between the sub-chamber and the combustion chamber). ),
The present invention differs from the present invention in that a strong swirl is generated in the combustion chamber.
【0019】[0019]
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付した図面に基
づいて説明する。図3に示す符号1はエンジンで、エン
ジン1は、シリンダボア2に嵌挿されたピストン3によ
り画成された燃焼室4を有し、この燃焼室4に臨ませて
点火プラグ5が配設されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Reference numeral 1 shown in FIG. 3 denotes an engine. The engine 1 has a combustion chamber 4 defined by a piston 3 inserted into a cylinder bore 2, and an ignition plug 5 is provided facing the combustion chamber 4. ing.
【0020】また、燃焼室4には、吸気ポ−ト6と排気
ポ−ト7とが開口され、上記吸気ポ−ト6には吸気弁8
が配設され、上記排気ポ−ト7には排気弁9が配設され
て、これら吸気弁8と排気弁9とはエンジン出力軸(図
示せず)に同期して所定のタイミングで開閉される。す
なわち、上記エンジン1は、従来から知られているオッ
ト−サイクル式のガソリン4サイクルエンジンとされて
いる。An intake port 6 and an exhaust port 7 are opened in the combustion chamber 4, and an intake valve 8 is provided in the intake port 6.
An exhaust valve 9 is disposed at the exhaust port 7, and the intake valve 8 and the exhaust valve 9 are opened and closed at a predetermined timing in synchronization with an engine output shaft (not shown). You. That is, the engine 1 is a conventionally known otto-cycle gasoline four-cycle engine.
【0021】上記エンジン1は副室10を有している。
副室10はその副室ポ−ト10aが燃焼室4に開口さ
れ、副室ポ−ト10aには副室バルブ11が配設され
て、この副室バルブ11によって副室ポ−ト10aが開
閉されるようになっている。The engine 1 has a sub-chamber 10.
The sub-chamber 10 has a sub-chamber port 10a open to the combustion chamber 4, and a sub-chamber valve 11 is disposed in the sub-chamber port 10a. It can be opened and closed.
【0022】上記副室バルブ11の開閉時期の一例を図
4に示す。図4から明らかなように、副室バルブ11
は、その閉じタイミングが点火タイミングと同じABD
C160degとされ、この閉じタイミングよりも約7
0deg前に副室バルブ11が開かれるようになってい
る。尚、吸気弁8の閉じタイミングは上死点経過後約5
0degとされている。FIG. 4 shows an example of the opening / closing timing of the sub chamber valve 11. As is apparent from FIG.
Is the ABD whose closing timing is the same as the ignition timing
C160 deg, which is about 7
The sub-chamber valve 11 is opened before 0 deg. Note that the closing timing of the intake valve 8 is about 5 after the passage of the top dead center.
0 deg.
【0023】以上の構成により、圧縮行程で開閉される
副室バルブ11によって燃焼室4内の混合気は、その一
部が副室10に閉じ込められ、この副室10で冷やされ
て、次の圧縮行程では副室10で冷やされた混合気が燃
焼室4内の混合気の一部と置換されることになる。With the above configuration, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 is confined in the sub-chamber 10 by the sub-chamber valve 11 which is opened and closed in the compression stroke. In the compression stroke, the air-fuel mixture cooled in the sub-chamber 10 is replaced with a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4.
【0024】これにより、燃焼室4内の混合気の温度
(筒内温度)は、副室10を有しない通常のエンジンに
比べて低下することとなり、エンジン1の熱効率は向上
する。Thus, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 (in-cylinder temperature) is lower than that of a normal engine having no sub-chamber 10, and the thermal efficiency of the engine 1 is improved.
【0025】また、筒内温度が低下するということは、
ノッキング対策にとっても有利である。したがって、エ
ンジンを高圧縮比化する場合あるいは高過給圧化する場
合に、ノッキング対策としても有効である。In addition, the fact that the temperature in the cylinder lowers means that
It is also advantageous for knocking measures. Therefore, when the compression ratio of the engine is increased or the boost pressure is increased, it is effective as a knocking countermeasure.
【0026】以上、オット−サイクル式のエンジンを例
に説明したが、ディ−ゼルエンジンに対しても適用する
ことができる。このディ−ゼルエンジンに適用した場
合、熱効率の向上の他に排気ガス中のNOX を低減する
ことができるという効果がある。Although the invention has been described with reference to an otto-cycle type engine as an example, the invention can be applied to a diesel engine. When applied to this diesel engine, there is an effect that NO X in exhaust gas can be reduced in addition to improvement in thermal efficiency.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、筒内温度の低下によってエンジンの熱効率を
向上することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the thermal efficiency of the engine can be improved by lowering the in-cylinder temperature.
【図1】筒内温度と混合気の比熱(定容比熱)との関係
を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder temperature and the specific heat (constant volume specific heat) of an air-fuel mixture.
【図2】エンジンの代表的な指圧線図。FIG. 2 is a typical acupressure diagram of an engine.
【図3】実施例にかかるエンジンの概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of an engine according to the embodiment.
【図4】副室バルブの開閉時期の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an opening / closing timing of a sub-chamber valve.
1 エンジン 3 ピストン 4 燃焼室 5 点火プラグ 8 吸気弁 10 副室 10a 燃焼室に開口する副室ポ−ト 11 副室バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 3 Piston 4 Combustion chamber 5 Spark plug 8 Intake valve 10 Subchamber 10a Subchamber port opening to combustion chamber 11 Subchamber valve
フロントページの続き (72)発明者 樫山 謙二 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 佐々木 潤三 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−98408(JP,A) 特開 昭54−116512(JP,A) 実開 昭57−164224(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 15/04 Continuing from the front page (72) Inventor Kenji Kashiyama 3-1 Shinchi, Funaka-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Inside Mazda Corporation (72) Inventor Junzo Sasaki 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Mazda Corporation (56) References JP-A-54-98408 (JP, A) JP-A-54-116512 (JP, A) JP-A-57-164224 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F02D 15/04
Claims (1)
する副室と、該副室の開口を開閉する副室バルブと、を
備え、前記副室バルブは、圧縮行程の中期に開弁され、
圧縮行程の終期ないし爆発行程の初期の間に閉弁され
る、ことを特徴とするエンジン。1. A sub-chamber formed in an engine body and opening to a combustion chamber, and a sub-chamber valve for opening and closing the sub-chamber, wherein the sub-chamber valve is opened in a middle stage of a compression stroke. ,
An engine closed during the end of the compression stroke or the beginning of the explosion stroke.
Priority Applications (5)
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EP92110799A EP0520484B1 (en) | 1991-06-28 | 1992-06-26 | Internal combustion engine |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2013167208A (en) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Mitsubishi Motors Corp | Internal combustion engine |
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1991
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