JPH0218408B2 - - Google Patents
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- JPH0218408B2 JPH0218408B2 JP58231597A JP23159783A JPH0218408B2 JP H0218408 B2 JPH0218408 B2 JP H0218408B2 JP 58231597 A JP58231597 A JP 58231597A JP 23159783 A JP23159783 A JP 23159783A JP H0218408 B2 JPH0218408 B2 JP H0218408B2
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- air
- piston
- ignition
- internal combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/54—Sparking plugs having electrodes arranged in a partly-enclosed ignition chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B2023/108—Swirl flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is vertical
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/40—Squish effect
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、外部点火式の空気圧縮型内燃機関で
あつて、燃料がたんに１つの噴流によつて大部分
がピストン内に設けられている回転体形状の燃焼
室の壁面へ直接噴射され、流入空気が公知の手段
により燃料噴射の方向で回転運動をあたえられ、
この回転運動によつて燃料は蒸気の形で燃焼室壁
から次第にはく離されて空気と混合され、噴射ノ
ズルが燃焼室縁部の近くのシリンダヘツド内に位
置し、噴射ノズルに燃焼室直径方向で反対側に対
置する点火装置がピストンの上死点位置で燃焼室
内へ入り込む位置を占めている形式のものに関す
る。
あつて、燃料がたんに１つの噴流によつて大部分
がピストン内に設けられている回転体形状の燃焼
室の壁面へ直接噴射され、流入空気が公知の手段
により燃料噴射の方向で回転運動をあたえられ、
この回転運動によつて燃料は蒸気の形で燃焼室壁
から次第にはく離されて空気と混合され、噴射ノ
ズルが燃焼室縁部の近くのシリンダヘツド内に位
置し、噴射ノズルに燃焼室直径方向で反対側に対
置する点火装置がピストンの上死点位置で燃焼室
内へ入り込む位置を占めている形式のものに関す
る。
このような形式の内燃機関がドイツ連邦共和国
特許第1576020号明細書によつて知られている。
特許第1576020号明細書によつて知られている。
混合気生成がもつぱら燃焼室壁への燃料付着に
よつてなされる内燃機関の場合、燃焼室内の空気
運動は二重の意味を持つ。即ち、第１には燃焼室
壁に付着した燃料の十分迅速かつ有効なはく離を
生ぜしめ、第２にははく離に続く燃料と空気との
混合を生ぜしめるという二重の意味である。この
場合空気運動は２つの処置によつて惹起される。
即ち、吸込行程中に生ずる燃焼室縦軸線を中心と
した燃焼用空気の回転と、燃焼室内への空気の流
入に伴つて（圧縮行程）生ずる圧縮流とによつて
惹起される。もちろんこの場合噴射燃料のはく離
にとつては軸対称の回転運動が特に適する。この
軸対称の回転運動は、燃焼過程および膨張運動に
よつて停止させられることがないので、長い寿命
を有する大きな空気速度を可能にする。しかし反
面ではその過度の圧縮流およびその作用が不利に
働くことが判つた。即ち、圧縮流の速度、ひいて
は燃焼室壁近くにおいて燃焼室開口へ向けられる
渦流の成分は、ピストンが上死点に近づくのに伴
つて、燃焼室内への給気の移動によつて加速され
る純然たる渦流の速度、ひいてはこの渦流の水平
な基準平面内で接線方向に働く成分よりも迅速に
大きくなるので、燃焼室壁近くにおける流動の方
向がピストン行程に伴つて著しく変動する。この
ことは、結果として、外部点火式の内燃機関の場
合に火花が飛ぶ間火花ギヤツプにおける燃料蒸気
濃度を着火限界内に保つという課題の解決を困難
にする。というのはたんに時間的のみならず場所
的にも混合気供給と火花飛散との合致を保証する
必要があるからである。この困難性に対処するに
は、噴射ノズルと点火装置とが向かい合う配置の
場合電極を比較的大幅に燃焼室内へ入り込ませる
ことによつて最も良好な混合気組成個所を火花が
選べるようにする必要があつた。また、電極の範
囲で燃焼室壁に１つのせき止め縁を設けるか又は
燃料膜を入口みぞを介して通路案内することによ
つて燃料を集めることが提案されている。
よつてなされる内燃機関の場合、燃焼室内の空気
運動は二重の意味を持つ。即ち、第１には燃焼室
壁に付着した燃料の十分迅速かつ有効なはく離を
生ぜしめ、第２にははく離に続く燃料と空気との
混合を生ぜしめるという二重の意味である。この
場合空気運動は２つの処置によつて惹起される。
即ち、吸込行程中に生ずる燃焼室縦軸線を中心と
した燃焼用空気の回転と、燃焼室内への空気の流
入に伴つて（圧縮行程）生ずる圧縮流とによつて
惹起される。もちろんこの場合噴射燃料のはく離
にとつては軸対称の回転運動が特に適する。この
軸対称の回転運動は、燃焼過程および膨張運動に
よつて停止させられることがないので、長い寿命
を有する大きな空気速度を可能にする。しかし反
面ではその過度の圧縮流およびその作用が不利に
働くことが判つた。即ち、圧縮流の速度、ひいて
は燃焼室壁近くにおいて燃焼室開口へ向けられる
渦流の成分は、ピストンが上死点に近づくのに伴
つて、燃焼室内への給気の移動によつて加速され
る純然たる渦流の速度、ひいてはこの渦流の水平
な基準平面内で接線方向に働く成分よりも迅速に
大きくなるので、燃焼室壁近くにおける流動の方
向がピストン行程に伴つて著しく変動する。この
ことは、結果として、外部点火式の内燃機関の場
合に火花が飛ぶ間火花ギヤツプにおける燃料蒸気
濃度を着火限界内に保つという課題の解決を困難
にする。というのはたんに時間的のみならず場所
的にも混合気供給と火花飛散との合致を保証する
必要があるからである。この困難性に対処するに
は、噴射ノズルと点火装置とが向かい合う配置の
場合電極を比較的大幅に燃焼室内へ入り込ませる
ことによつて最も良好な混合気組成個所を火花が
選べるようにする必要があつた。また、電極の範
囲で燃焼室壁に１つのせき止め縁を設けるか又は
燃料膜を入口みぞを介して通路案内することによ
つて燃料を集めることが提案されている。
渦流の旋回作用が燃焼室壁から気化する燃料を
燃焼室赤道周辺の燃焼室壁に隣接する区域内に維
持するため、一般に電極の火花ギヤツプをこの区
域内へ合わせることが必要であり、また周知であ
る。これによつて、従来採用されているほぼ球形
状の燃焼室の場合機関次第で電極に20mmと25mmと
の間の長さがあたえられる。
燃焼室赤道周辺の燃焼室壁に隣接する区域内に維
持するため、一般に電極の火花ギヤツプをこの区
域内へ合わせることが必要であり、また周知であ
る。これによつて、従来採用されているほぼ球形
状の燃焼室の場合機関次第で電極に20mmと25mmと
の間の長さがあたえられる。
このような電極の大きな長さはしかし運転確実
性並びに耐用寿命にとつていくつかの重要な欠点
を伴う。先ず、電極が不安定な熱応力および流動
を受けて助勢される振動に起因して折れるという
危険があり、このことは、ピストンヘツドとシリ
ンダヘツドとの間隙がわずかであるためにピスト
ンすべり面の損傷、ひいては機関の破壊にまでつ
ながる。別の欠点として、温度影響のもとに変形
を生ずることになり、この変形は、高圧縮なるが
故に必要とする0.1mm〜0.5mmの小さな電極間隙を
保つことを不可能にする。この場合、長い電極に
おける表面に対する横断面の比の不都合と、混合
気生成に確実性を欠く理由から必要となる比較的
大きな点火エネルギ（流動の変動に起因する）と
のため、やはり大きな焼損トラブルを招き、機関
の整備周期を不必要に短かくする。
性並びに耐用寿命にとつていくつかの重要な欠点
を伴う。先ず、電極が不安定な熱応力および流動
を受けて助勢される振動に起因して折れるという
危険があり、このことは、ピストンヘツドとシリ
ンダヘツドとの間隙がわずかであるためにピスト
ンすべり面の損傷、ひいては機関の破壊にまでつ
ながる。別の欠点として、温度影響のもとに変形
を生ずることになり、この変形は、高圧縮なるが
故に必要とする0.1mm〜0.5mmの小さな電極間隙を
保つことを不可能にする。この場合、長い電極に
おける表面に対する横断面の比の不都合と、混合
気生成に確実性を欠く理由から必要となる比較的
大きな点火エネルギ（流動の変動に起因する）と
のため、やはり大きな焼損トラブルを招き、機関
の整備周期を不必要に短かくする。
また、燃料室壁内にせき止め縁又は流入みぞを
形成することも不利である。というのはこの種の
処置は付加的な加工としてピストンを高価にす
る。加えて、このような処置の効果は長期の運転
に伴い必らずしも純粋でない燃料のため制限され
るか又は解消される。というのは、不純物が燃焼
室壁において分離され、厚さを増す被覆層を形成
し、これによつてせき止め縁又は流入みぞの形状
が著しく変化してもはや確実な点火が保証されな
くなるからである。
形成することも不利である。というのはこの種の
処置は付加的な加工としてピストンを高価にす
る。加えて、このような処置の効果は長期の運転
に伴い必らずしも純粋でない燃料のため制限され
るか又は解消される。というのは、不純物が燃焼
室壁において分離され、厚さを増す被覆層を形成
し、これによつてせき止め縁又は流入みぞの形状
が著しく変化してもはや確実な点火が保証されな
くなるからである。
内部の効率並びに排ガス性質への考慮から必要
とされて実際に実現されている16〜18の高い圧縮
比およびこれに伴う比較的小さな燃焼室径の場
合、冒頭に述べた公知の形式の内燃機関によれば
燃焼室が点火プラグへ向かつて偏心的に配置され
ている。というのは、点火プラグが吸・排気弁の
ためシリンダ中心に対して一定の間隔をおいて配
置され、しかも層状給気方式のため燃焼室の周辺
に位置しなければならないからである。しかし、
比較的小さな燃焼室径および点火プラグ側への燃
焼室の偏心配置は特別に長い噴射ノズル口片を条
件づけ、このことは渦流への支障、ひいては点火
トラブルを招くことになる。
とされて実際に実現されている16〜18の高い圧縮
比およびこれに伴う比較的小さな燃焼室径の場
合、冒頭に述べた公知の形式の内燃機関によれば
燃焼室が点火プラグへ向かつて偏心的に配置され
ている。というのは、点火プラグが吸・排気弁の
ためシリンダ中心に対して一定の間隔をおいて配
置され、しかも層状給気方式のため燃焼室の周辺
に位置しなければならないからである。しかし、
比較的小さな燃焼室径および点火プラグ側への燃
焼室の偏心配置は特別に長い噴射ノズル口片を条
件づけ、このことは渦流への支障、ひいては点火
トラブルを招くことになる。
比較的小さな燃焼室径、詳しくは燃焼室開口の
比較的小さな口径はさらに、その著しい圧縮流が
放熱部として働くピストンリングへの比較的長い
流動路と関連して燃焼室縁部における大きな温度
負荷を招くという欠点をも有する。
比較的小さな口径はさらに、その著しい圧縮流が
放熱部として働くピストンリングへの比較的長い
流動路と関連して燃焼室縁部における大きな温度
負荷を招くという欠点をも有する。
弁ウエブもまた圧縮流によつて増大した熱負荷
を受ける。
を受ける。
本発明の目的は以上述べた弱い個所の不利な作
用を緩和させるかもしくは完全に解消させること
であり、この場合次のことを課題とする。即ち、
冒頭に述べた形式の内燃機関の場合に、燃焼室壁
近くにおける著しく変化する流動を一様化し、点
火装置の摩耗を低減し、著しい構造上の費用増な
しにあらゆる運転範囲において生成混合気の絶対
的に確実な点火並びに最良の燃焼、ひいては最良
の機関データを保証することである。
用を緩和させるかもしくは完全に解消させること
であり、この場合次のことを課題とする。即ち、
冒頭に述べた形式の内燃機関の場合に、燃焼室壁
近くにおける著しく変化する流動を一様化し、点
火装置の摩耗を低減し、著しい構造上の費用増な
しにあらゆる運転範囲において生成混合気の絶対
的に確実な点火並びに最良の燃焼、ひいては最良
の機関データを保証することである。
このような目的を本発明は次のようにして達成
した。即ち、燃焼室の側壁が横断面で見て２つの
互いに移行し合う曲線から成つており、狭くくび
れた燃焼室開口から最大燃焼室径までの小さい方
の曲率半径を有する第１の曲線とほぼ平らに形成
された燃焼室底までの大きい方の曲率半径を有す
る第２の曲線とが燃焼室底へ移行しており、最大
燃焼室径はピストン直径の0.5倍〜0.7倍であつて
ピストンヘツドから燃焼室深さの0.3倍〜0.4倍に
相当する深さに位置し、燃焼室側壁の小さい方の
曲率半径は燃焼室深さの0.2倍〜0.3倍の長さを有
していて、大きい方の曲率半径は燃焼室深さの
0.5倍〜0.75倍の長さを有しており、最大燃焼室
径に対する燃焼室開口内径の比が0.85と0.95との
間であり、燃焼室開口の壁部高さが燃焼室深さの
0.1倍と0.15倍との間の値であるように構成した
のである。
した。即ち、燃焼室の側壁が横断面で見て２つの
互いに移行し合う曲線から成つており、狭くくび
れた燃焼室開口から最大燃焼室径までの小さい方
の曲率半径を有する第１の曲線とほぼ平らに形成
された燃焼室底までの大きい方の曲率半径を有す
る第２の曲線とが燃焼室底へ移行しており、最大
燃焼室径はピストン直径の0.5倍〜0.7倍であつて
ピストンヘツドから燃焼室深さの0.3倍〜0.4倍に
相当する深さに位置し、燃焼室側壁の小さい方の
曲率半径は燃焼室深さの0.2倍〜0.3倍の長さを有
していて、大きい方の曲率半径は燃焼室深さの
0.5倍〜0.75倍の長さを有しており、最大燃焼室
径に対する燃焼室開口内径の比が0.85と0.95との
間であり、燃焼室開口の壁部高さが燃焼室深さの
0.1倍と0.15倍との間の値であるように構成した
のである。
このような本発明による燃焼室形状によつて次
のことが達成される。即ち、燃焼室開口から最大
燃焼室径の個所まで燃焼室壁の曲率が小さくて著
しい湾曲を呈していることによつて、このような
小さな曲率区域に燃料蒸気が集中することにな
り、ひいては軽負荷時においても、この曲率区域
に位置する点火プラグの近くへ着火性の混合気が
達することになる。従つて、例えばメタノールの
ような着火性に難のある燃料の使用が可能であ
る。著しく湾曲した区域が燃料室開口近くに位置
するので、点火プラグの電極も相応に短くてよ
く、従来の多数の棒電極を有するねじ付け点火プ
ラグを大幅に短くすることができ、この場合ピス
トンの上死点位置での燃焼室へ入り込む長さは12
mm以下であり、従来乗用車オツトー機関の場合に
通例であるかぎ形電極のプラグを使用することが
できる。グロープラグの使用も可能である。
のことが達成される。即ち、燃焼室開口から最大
燃焼室径の個所まで燃焼室壁の曲率が小さくて著
しい湾曲を呈していることによつて、このような
小さな曲率区域に燃料蒸気が集中することにな
り、ひいては軽負荷時においても、この曲率区域
に位置する点火プラグの近くへ着火性の混合気が
達することになる。従つて、例えばメタノールの
ような着火性に難のある燃料の使用が可能であ
る。著しく湾曲した区域が燃料室開口近くに位置
するので、点火プラグの電極も相応に短くてよ
く、従来の多数の棒電極を有するねじ付け点火プ
ラグを大幅に短くすることができ、この場合ピス
トンの上死点位置での燃焼室へ入り込む長さは12
mm以下であり、従来乗用車オツトー機関の場合に
通例であるかぎ形電極のプラグを使用することが
できる。グロープラグの使用も可能である。
燃焼室深さに比して最大燃焼室径並びに燃焼室
開口が拡大されていることによつて、残りのピス
トンヘツド面、ひいては圧縮流の形成にとつて重
要な半径方向の区間長さが小さくなる。これに伴
う燃焼室壁近くの流動の鎮静化と並んで、圧縮流
速度が小さくなることによつて、ピストンリング
部分への距離が近いことによつて既に小さくなる
燃焼室開口の熱負荷並びに弁ウエブの熱負荷も減
少することになる。燃焼室径の拡大はまた次のよ
うな利点をも伴う。即ち、空気利用が改良される
ことである。というのは、従来不完全にしか燃焼
に供用し得なかつたピストンヘツドとシリンダヘ
ツドとの間の新気の分量が減少するからである。
さらに、燃焼室の拡大に伴つて、燃焼室開口の点
火プラグに向き合う側が一層噴射ノズルに接近す
ることになり、これによつてノズル口片が短縮さ
れるか又は完全に省略される。
開口が拡大されていることによつて、残りのピス
トンヘツド面、ひいては圧縮流の形成にとつて重
要な半径方向の区間長さが小さくなる。これに伴
う燃焼室壁近くの流動の鎮静化と並んで、圧縮流
速度が小さくなることによつて、ピストンリング
部分への距離が近いことによつて既に小さくなる
燃焼室開口の熱負荷並びに弁ウエブの熱負荷も減
少することになる。燃焼室径の拡大はまた次のよ
うな利点をも伴う。即ち、空気利用が改良される
ことである。というのは、従来不完全にしか燃焼
に供用し得なかつたピストンヘツドとシリンダヘ
ツドとの間の新気の分量が減少するからである。
さらに、燃焼室の拡大に伴つて、燃焼室開口の点
火プラグに向き合う側が一層噴射ノズルに接近す
ることになり、これによつてノズル口片が短縮さ
れるか又は完全に省略される。
最大燃焼室径の区域における燃料蒸気と空気と
の混合物の濃度が著しいことによつて同じ区域に
位置する火花ギヤツプへ着火性混合気の支障のな
い供給が容易になり、このことは例えば、火花ギ
ヤツプ前へ液体の燃料を導こうとする流入みぞの
利用を不必要とする。このようにして得られる外
周域の給気層状化の改善はまた所要点火エネルギ
の減少を可能にする。というのは、周知の通りイ
オン化電圧、さらには火花期間に比例する大きな
局部的燃料蒸気濃度が得られるからである。
の混合物の濃度が著しいことによつて同じ区域に
位置する火花ギヤツプへ着火性混合気の支障のな
い供給が容易になり、このことは例えば、火花ギ
ヤツプ前へ液体の燃料を導こうとする流入みぞの
利用を不必要とする。このようにして得られる外
周域の給気層状化の改善はまた所要点火エネルギ
の減少を可能にする。というのは、周知の通りイ
オン化電圧、さらには火花期間に比例する大きな
局部的燃料蒸気濃度が得られるからである。
既述のように、燃焼室開口に対する最大燃焼室
径の間隔が小さいため、短かな電極を必要とする
に過ぎない。短かな電極は長期の耐用期間という
利点を有する。というのは、空気運動がわずかに
なる理由からも電極が低温にとどまるからであ
る。このことはまた圧縮比を従来の18を越えてさ
らに高めることも可能にし、しかもそのことに起
因するシリンダ内の温度並びに圧力のレベル、ひ
いては電極の熱負荷のために極めて高い焼損を甘
受するという必要もない。
径の間隔が小さいため、短かな電極を必要とする
に過ぎない。短かな電極は長期の耐用期間という
利点を有する。というのは、空気運動がわずかに
なる理由からも電極が低温にとどまるからであ
る。このことはまた圧縮比を従来の18を越えてさ
らに高めることも可能にし、しかもそのことに起
因するシリンダ内の温度並びに圧力のレベル、ひ
いては電極の熱負荷のために極めて高い焼損を甘
受するという必要もない。
本発明による燃焼室の使用は外部点火式機関の
場合特に有利である。というのは、外部点火を必
要とする燃料（例えばメタノール）がデイーゼル
燃料よりも低い沸点経過を有しているからであ
り、ひいては、極めて小さな内径の球形燃焼室と
異なつて、最大燃焼室径の区域における渦流の遅
れが混合気生成の速度への影響を相殺されるから
である。
場合特に有利である。というのは、外部点火を必
要とする燃料（例えばメタノール）がデイーゼル
燃料よりも低い沸点経過を有しているからであ
り、ひいては、極めて小さな内径の球形燃焼室と
異なつて、最大燃焼室径の区域における渦流の遅
れが混合気生成の速度への影響を相殺されるから
である。
燃焼室のわずかな深さ、換言すれば大きな燃焼
室径並びに燃焼室開口の大きな内径のため燃料噴
流はわずかな傾斜角度で噴射される。この場合燃
料噴流はシリンダ軸線に対して直角な一平面との
間に10゜〜15゜の角度をなす。噴射は次のようにな
される。即ち、一噴射開始時期は全負荷時にピス
トンの上死点前約30゜のクランク角―、噴射の開
始時には燃料はピストンヘツドに達せず、燃焼室
壁上の燃料噴流の衝突点はピストンの上死点位置
で燃焼室の深過ぎない下方範囲の個所、換言すれ
ば最大燃焼室径の下側の個所である。この場合、
燃焼室壁における燃料噴流の衝突点がピストンの
上死点位置でピストンヘツドの下側に燃焼室深さ
の40％〜60％の値の間隔を有しているならば特に
有利であることが判つた。
室径並びに燃焼室開口の大きな内径のため燃料噴
流はわずかな傾斜角度で噴射される。この場合燃
料噴流はシリンダ軸線に対して直角な一平面との
間に10゜〜15゜の角度をなす。噴射は次のようにな
される。即ち、一噴射開始時期は全負荷時にピス
トンの上死点前約30゜のクランク角―、噴射の開
始時には燃料はピストンヘツドに達せず、燃焼室
壁上の燃料噴流の衝突点はピストンの上死点位置
で燃焼室の深過ぎない下方範囲の個所、換言すれ
ば最大燃焼室径の下側の個所である。この場合、
燃焼室壁における燃料噴流の衝突点がピストンの
上死点位置でピストンヘツドの下側に燃焼室深さ
の40％〜60％の値の間隔を有しているならば特に
有利であることが判つた。
幾何形状の燃料噴流は空気旋回方向で見て燃焼
室内へ入り込んだ状態での点火装置から燃焼室へ
当たる。確実に良好な着火性の混合気が得られる
ようにするため、もしくは燃料噴流衝突点が電極
区域に充分近くなるようにするため、燃料噴流衝
突点と点火装置の中心との間の中心角が燃焼室縦
軸線に対して直角な一平面内に投影して15゜と45゜
との間であるならば特に効果的であることが判つ
た。
室内へ入り込んだ状態での点火装置から燃焼室へ
当たる。確実に良好な着火性の混合気が得られる
ようにするため、もしくは燃料噴流衝突点が電極
区域に充分近くなるようにするため、燃料噴流衝
突点と点火装置の中心との間の中心角が燃焼室縦
軸線に対して直角な一平面内に投影して15゜と45゜
との間であるならば特に効果的であることが判つ
た。
次に図面に示した実施例に従つて本発明を詳述
する： ピストン１のヘツド１ａ内の中央には狭くくび
れた燃焼室開口３ａを有する燃焼室３が設けられ
ている。液状の燃料はシリンダヘツド２内の偏心
位置に配置されている１つの噴射ノズル８から運
転条件の種類並びに燃料の種類（沸点位置および
着火性）を考慮して適宜に設定された時点にたん
に１つの噴流９の形で燃焼室３内へ、回転する燃
焼空気１２の方向に噴射される。燃焼室壁４への
噴流の衝突点はピストン上死点位置で最大燃焼室
径DBの下側に位置し、符号９ａで示している。
噴射ノズル８の噴射点８ａは燃焼室開口縁部の近
くである。
する： ピストン１のヘツド１ａ内の中央には狭くくび
れた燃焼室開口３ａを有する燃焼室３が設けられ
ている。液状の燃料はシリンダヘツド２内の偏心
位置に配置されている１つの噴射ノズル８から運
転条件の種類並びに燃料の種類（沸点位置および
着火性）を考慮して適宜に設定された時点にたん
に１つの噴流９の形で燃焼室３内へ、回転する燃
焼空気１２の方向に噴射される。燃焼室壁４への
噴流の衝突点はピストン上死点位置で最大燃焼室
径DBの下側に位置し、符号９ａで示している。
噴射ノズル８の噴射点８ａは燃焼室開口縁部の近
くである。
噴射点８ａに向き合つてピストンヘツド１ａ内
もしくは燃焼室壁４内に施された１つのおう所１
０が設けられており、このおう所１０内へピスト
ンの上死点位置でやはりシリンダヘツド２内に配
置された点火装置１１が入り込んでいる。点火装
置１１は例えば多数の棒電極から成つており、実
施例の場合１本の中心電極１３とこれを包囲する
３本の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとから成つて
いる。しかし点火プラグとして乗用車用オツトー
機関に通例のかぎ形電極を有するプラグを使うこ
ともできる。また、グロープラグの使用も可能で
ある。
もしくは燃焼室壁４内に施された１つのおう所１
０が設けられており、このおう所１０内へピスト
ンの上死点位置でやはりシリンダヘツド２内に配
置された点火装置１１が入り込んでいる。点火装
置１１は例えば多数の棒電極から成つており、実
施例の場合１本の中心電極１３とこれを包囲する
３本の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとから成つて
いる。しかし点火プラグとして乗用車用オツトー
機関に通例のかぎ形電極を有するプラグを使うこ
ともできる。また、グロープラグの使用も可能で
ある。
燃焼室壁４は本発明によれば縦断面で見て２つ
の移行し合う曲線５，６から形成されており、こ
の場合第１の曲線５は狭くされた燃焼室開口３ａ
から最大燃焼室径DBまでの小さい方の曲率半径
R1を有し、第２の曲率６はほぼ平らな燃焼室底
７までの大きい方の曲率半径R2を有している。
燃焼室底７は中央に中高部分を有していてもよ
い。両方の曲線５，６の中心５ａ，６ａがその水
平面内に位置する最大燃焼室径DBはピストン直
径DKの0.5倍〜0.7倍であつて、ピストンヘツド１
ａから燃焼室深さTBの0.3倍〜0.4倍に相当する深
さtDに位置する。小さい方の曲率半径R1の長さは
燃焼室深さTBの0.2倍〜0.3倍、大きい方の曲率半
径R2の長さは燃焼室深さTBの0.5倍〜0.75倍であ
る。
の移行し合う曲線５，６から形成されており、こ
の場合第１の曲線５は狭くされた燃焼室開口３ａ
から最大燃焼室径DBまでの小さい方の曲率半径
R1を有し、第２の曲率６はほぼ平らな燃焼室底
７までの大きい方の曲率半径R2を有している。
燃焼室底７は中央に中高部分を有していてもよ
い。両方の曲線５，６の中心５ａ，６ａがその水
平面内に位置する最大燃焼室径DBはピストン直
径DKの0.5倍〜0.7倍であつて、ピストンヘツド１
ａから燃焼室深さTBの0.3倍〜0.4倍に相当する深
さtDに位置する。小さい方の曲率半径R1の長さは
燃焼室深さTBの0.2倍〜0.3倍、大きい方の曲率半
径R2の長さは燃焼室深さTBの0.5倍〜0.75倍であ
る。
狭くくびれている燃焼室開口３ａの内径dHは最
大燃焼室径DBの0.85倍と0.95倍との間であつて、
この場合の開口壁高さtHは燃焼室深さTBの0.1倍
と0.15倍との間である。
大燃焼室径DBの0.85倍と0.95倍との間であつて、
この場合の開口壁高さtHは燃焼室深さTBの0.1倍
と0.15倍との間である。
燃焼室壁４への燃料噴流９の衝突点９ａはピス
トン１の上死点位置で燃焼室深TBの40％〜60％
の値の間隔ａだけピストンヘツド１ａより下に位
置する。この場合、衝突点９ａは中心電極１３の
中心と共に燃焼室軸線Ｘに対して直角な平面内に
投影して15゜〜45゜の中心角αをなす。
トン１の上死点位置で燃焼室深TBの40％〜60％
の値の間隔ａだけピストンヘツド１ａより下に位
置する。この場合、衝突点９ａは中心電極１３の
中心と共に燃焼室軸線Ｘに対して直角な平面内に
投影して15゜〜45゜の中心角αをなす。
第２図には、燃料噴流９とシリンダ軸線Ｘに対
して直角な平面との間に形成される角度βの大き
さが示されている。直線１５はシリンダ軸線Ｘに
対して直角な平面を表わし、区分１６はシリンダ
軸線Ｘの方向で噴射点８ａから衝突点９ａまでの
間隔を表わしている。
して直角な平面との間に形成される角度βの大き
さが示されている。直線１５はシリンダ軸線Ｘに
対して直角な平面を表わし、区分１６はシリンダ
軸線Ｘの方向で噴射点８ａから衝突点９ａまでの
間隔を表わしている。
第２図によつてさらに理解されるように、構造
上の観点から、噴射点８ａ並びに点火装置は必ら
ずしも直径方向で一線上に相対して位置している
必要はなく、燃焼室中心（ピストン中心）からず
らされていてもよい。また、やはり構造上の理由
からシリンダ中心に対する点火装置の間隔を中央
に燃焼室が設けられている場合よりもわずかに大
きくする必要があるならば、燃焼室自体をわずか
に偏心させて設けることも可能である。このよう
な場合、燃焼室径が大きいためにノズルの長い口
片を省略することもできる。
上の観点から、噴射点８ａ並びに点火装置は必ら
ずしも直径方向で一線上に相対して位置している
必要はなく、燃焼室中心（ピストン中心）からず
らされていてもよい。また、やはり構造上の理由
からシリンダ中心に対する点火装置の間隔を中央
に燃焼室が設けられている場合よりもわずかに大
きくする必要があるならば、燃焼室自体をわずか
に偏心させて設けることも可能である。このよう
な場合、燃焼室径が大きいためにノズルの長い口
片を省略することもできる。
第１図は本発明による燃焼室を第２図中の―
線による縦断面図、第２図は第１図中の―
線による平面図である。 １…ピストン、２…シリンダヘツド、３…燃焼
室、４…燃焼室壁、５，６…曲線、７…燃焼室
底、８…噴射ノズル、８ａ…噴射点、９…燃料噴
流、１０…おう所、１１…点火装置、１２…燃焼
用空気、１３…中心電極、DB…最大燃焼室径、
dH…燃焼室開口の内径、DK…ピストン直径、R1，
R2…燃焼室側壁の曲率半径、TB…燃焼室深さ。
線による縦断面図、第２図は第１図中の―
線による平面図である。 １…ピストン、２…シリンダヘツド、３…燃焼
室、４…燃焼室壁、５，６…曲線、７…燃焼室
底、８…噴射ノズル、８ａ…噴射点、９…燃料噴
流、１０…おう所、１１…点火装置、１２…燃焼
用空気、１３…中心電極、DB…最大燃焼室径、
dH…燃焼室開口の内径、DK…ピストン直径、R1，
R2…燃焼室側壁の曲率半径、TB…燃焼室深さ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 外部点火式の空気圧縮型内燃機関であつて、
ピストンに設けられた回転体形状の燃焼室の壁部
へ燃料がたんに１つの噴流によつて大部分が直接
噴射され、流入空気が噴射された燃料噴流の方向
で回転運動をあたえられ、この回転運動によつて
燃料は蒸気の形で燃焼室壁から次第にはく離され
て空気と混合され、噴射ノズルは燃焼室縁部近く
のシリンダヘツド内に位置し、燃焼室直径方向で
噴射ノズルに対置する点火装置はピストンの上死
点位置において燃焼室内へ入り込む位置を占めて
いる形式のものにおいて、燃焼室３の側壁４は縦
断面で見て２つの互いに移行し合う曲線５，６か
ら成つていて、小さい方の曲率半径R1を有する
第１の曲線５が狭くされた燃焼室開口３ａから最
大燃焼室径DBまで達していて、大きい方の曲率
半径R2を有する第２の曲線６が燃焼室底７へ移
行しており、燃焼室７はほぼ平らに形成されてお
り、最大燃焼室径DBはピストン直径DKの0.5倍〜
0.7倍であつてピストンヘツド１ａからの燃焼室
深さTBの0.3倍〜0.4倍に相当する深さtDに位置し、
燃焼室側壁４の小さい方の曲率半径R1は燃焼室
深さTBの0.2倍〜0.3倍の長さを有していて、大き
い方の曲率半径R2は燃焼室深さTBの0.5倍〜0.75
倍の長さを有しており、最大燃焼室DBに対する
燃焼室開口内径dHの比が0.85と0.95との間であり、
燃焼室開口３ａの壁部高さtHが燃焼室深さTBの
0.1倍と0.15倍との間の値であることを特徴とす
る、外部点火式の空気圧縮型内燃機関。 ２ 燃料噴射９がシリンダ曲線Ｘに対して直角な
平面との間に10゜〜15゜の角度βをなし、燃焼室壁
４における幾何形状の燃料噴射９の衝突点９ａが
ピストン１の上死点位置で燃焼室深さTBの40％
〜60％の間隔ａでピストンヘツド１ａの下方に位
置する特許請求の範囲第１項記載の外部点火式の
空気圧縮型内燃機関。 ３ 燃料噴射衝突点９ａと点火装置の中心との間
の中心角αが燃焼室縦軸線Ｘに対して直角な一平
面内に投影して15゜〜45゜との間である特許請求の
範囲第１項記載の外部点火式の空気圧縮型内燃機
関。 ４ 点火装置が互いに平行な多数の棒電極から成
つている特許請求の範囲第１項記載の外部点火式
の空気圧縮型内燃機関。 ５ 点火装置の一方の極を形成する棒電極１４
が、他方の極を形成する棒電極１３を中心として
多数配置された分割電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
から成つている特許請求の範囲第４項記載の外部
点火式の空気圧縮型内燃機関。 ６ 点火装置が１つ又はもつと多くのかぎ形電極
から成つている特許請求の範囲第１項記載の外部
点火式の空気圧縮型内燃機関。 ７ 点火装置として１つのグロープラグが使われ
ている特許請求の範囲第１項記載の外部点火式の
空気圧縮型内燃機関。 ８ ピストン１の上死点位置で燃焼室３へ入り込
む点火装置の長さが12mm以下の値である特許請求
の範囲第１項記載の外部点火式の空気圧縮型内燃
機関。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3245780A DE3245780C1 (de) | 1982-12-10 | 1982-12-10 | Fremdgezuendete,Iuftverdichtende Brennkraftmaschine |
| DE3245780.4 | 1982-12-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59150923A JPS59150923A (ja) | 1984-08-29 |
| JPH0218408B2 true JPH0218408B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=6180358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58231597A Granted JPS59150923A (ja) | 1982-12-10 | 1983-12-09 | 外部点火式の空気圧縮型内燃機関 |
Country Status (19)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4492194A (ja) |
| JP (1) | JPS59150923A (ja) |
| KR (1) | KR920006541B1 (ja) |
| AR (1) | AR230098A1 (ja) |
| AT (1) | AT396509B (ja) |
| AU (1) | AU563967B2 (ja) |
| BR (1) | BR8306933A (ja) |
| CA (1) | CA1209427A (ja) |
| DD (1) | DD230899A1 (ja) |
| DE (1) | DE3245780C1 (ja) |
| FR (1) | FR2537651B1 (ja) |
| GB (1) | GB2134975B (ja) |
| IN (1) | IN158545B (ja) |
| IT (1) | IT1194503B (ja) |
| NL (1) | NL8304075A (ja) |
| NZ (1) | NZ206528A (ja) |
| SE (1) | SE456263B (ja) |
| SU (1) | SU1237090A3 (ja) |
| ZA (1) | ZA839177B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007506900A (ja) * | 2003-07-10 | 2007-03-22 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 燃料噴射系 |
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| EP0369480A3 (en) * | 1988-11-18 | 1991-01-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | An internal combustion engine |
| US5109816A (en) * | 1990-04-27 | 1992-05-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine |
| US5115774A (en) * | 1990-12-26 | 1992-05-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
| JPH1082323A (ja) * | 1996-09-06 | 1998-03-31 | Mitsubishi Motors Corp | ディーゼルエンジンの燃焼室 |
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| JPH11182249A (ja) * | 1997-12-18 | 1999-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 直噴火花点火式内燃機関 |
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| FR2910054A1 (fr) * | 2006-12-15 | 2008-06-20 | Renault Sas | Moteur a combustion interne a allumage commande et procede de commande d'un tel moteur |
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| US9429101B2 (en) * | 2013-08-21 | 2016-08-30 | Caterpillar Inc. | Combustion engine piston and engine using same |
| AT17205U1 (de) * | 2020-06-18 | 2021-09-15 | Innio Jenbacher Gmbh & Co Og | Kolben für Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einem solchen |
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| US2921566A (en) * | 1955-06-10 | 1960-01-19 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Internal combustion engine and method of operating it |
| US2942591A (en) * | 1957-05-21 | 1960-06-28 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Piston |
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| CH478343A (de) * | 1967-09-22 | 1969-09-15 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Fremdgezündete, luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine |
| DE1576020A1 (de) * | 1967-09-22 | 1970-04-02 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Fremdgezuendete,luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine |
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-
1982
- 1982-12-10 DE DE3245780A patent/DE3245780C1/de not_active Expired
-
1983
- 1983-11-17 AR AR294851A patent/AR230098A1/es active
- 1983-11-18 SE SE8306390A patent/SE456263B/sv not_active IP Right Cessation
- 1983-11-24 CA CA000441881A patent/CA1209427A/en not_active Expired
- 1983-11-28 NL NL8304075A patent/NL8304075A/nl not_active Application Discontinuation
- 1983-12-06 IT IT24065/83A patent/IT1194503B/it active
- 1983-12-07 GB GB08332667A patent/GB2134975B/en not_active Expired
- 1983-12-07 KR KR1019830005783A patent/KR920006541B1/ko not_active Expired
- 1983-12-07 DD DD83257613A patent/DD230899A1/de not_active IP Right Cessation
- 1983-12-08 FR FR838319688A patent/FR2537651B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1983-12-09 JP JP58231597A patent/JPS59150923A/ja active Granted
- 1983-12-09 AU AU22277/83A patent/AU563967B2/en not_active Ceased
- 1983-12-09 SU SU833670651A patent/SU1237090A3/ru active
- 1983-12-09 BR BR8306933A patent/BR8306933A/pt not_active IP Right Cessation
- 1983-12-09 NZ NZ206528A patent/NZ206528A/en unknown
- 1983-12-09 ZA ZA839177A patent/ZA839177B/xx unknown
- 1983-12-09 AT AT0429483A patent/AT396509B/de not_active IP Right Cessation
- 1983-12-09 IN IN1510/CAL/83A patent/IN158545B/en unknown
- 1983-12-12 US US06/560,154 patent/US4492194A/en not_active Expired - Fee Related
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