JPH0436017A - 燃料衝突拡散式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ピストンに設けた突出部に噴射ノズルから
噴射される燃料を直接衝突させる燃料衝突拡散式エンジ
ンに関する。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの燃焼室としては、直接噴射式及び副室
式によって代表されている。

直接噴射式燃焼室は、燃料噴射ノズルより噴射された燃
料の噴射エネルギー及び燃焼室内に形成されるスワール
及びスキッシュ流によって燃料と空気との混合を達成し
、可燃性混合気を形成している。しかしながら、該直接
噴射式燃焼室は、スワール生成のため、吸気効率が低下
するという問題を有しており、また、燃料の噴霧微粒化
及び貫徹力をアップさせるため、燃料噴射ノズルを高圧
化、高噴射率化に構成しなければならず、構造が複雑に
なるという問題を有している。

また、副室式燃焼室は、副室内に形成される高スワール
によって燃料油滴と空気との混合を達成し、可燃性混合
気を形成している。該副室式燃焼室は、副室内に高スワ
ールを形成し、また主室と副室との総和の伝熱面積が増
大して熱損失が増加するという問題があり、更に、主室
と副室とを連通ずる連絡孔による絞り損失が増加すると
いう問題を有している。

そこで、上記問題点を解決するために、燃料の衝突噴流
を利用した直接噴射式衝突拡散層状給気式、いわゆる、
０３ＫＡ式の燃焼室を持つエンジンが開示されている。

この０３ＫＡ式エンジンは、ピストンに形成した凹部即
ちキャビティの底部中央から突出する衝突部を設け、該
衝突部の周囲に凹状の燃焼室を形成し、燃料噴射ノズル
から噴射された液状燃料を衝突部に衝突させ、燃料噴流
の衝突部への衝突作用によって衝突面を起点として燃料
の拡散、微粒化等を達成し、燃料と空気との良好な混合
を達成させるものである。上記のような燃焼室を有する
エンジンでは、燃料噴射ノズルの単孔ノズルから噴射さ
れた燃料をピストンヘッドの衝突部の平らな衝突面に衝
突させて円盤状に拡散させ、次いでピストンの上昇によ
って生じるスキッシュ流によって燃料をキャビティの下
方に押し込められながら、該燃料と空気とを混合して混
合気を形成するものである。

また、特開昭６２−１９５４０８号公報には、燃料噴流
の衝突反射拡散によるディーゼルエンジンが開示されて
いる。該ディーゼルエンジンは、燃料噴射ノズルの噴孔
を起点とし、燃料噴流がキャビティ内の噴流衝突面に達
する間を第１期とし、衝突面により偏向された燃料部が
キャビテイ壁面に到達する間を第２期とし、更に壁面に
達した燃料が蒸発気化する間を第３期とし、各期間の燃
焼反応を起生せしめるものであり、ノズルよりの燃料噴
流をキャビティ内の衝突面に衝突させ、衝突反作用によ
って任意の方向に燃料の拡散分布をなし得るように衝突
面形状を多角面形状に構成したものである。

更に、特開昭６２−２４０４１９号公報には、直噴式デ
ィーゼルエンジンが開示されている。該直噴式ディーゼ
ルエンジンは、ピストン頂面に形成したキャビティの内
周壁面に液状燃料が付着するように燃料噴射弁からの燃
料噴射を圧縮着火が行われる以前に完了させたものであ
る。キャビティの内周壁面の燃料衝突壁は、平坦な円形
中央部、該円形中央部の中心に形成されたほぼ円錐状の
突起、及び前記円形中央部から放射状に延びる傾斜面を
備えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記ｏＳＫＡ型の燃焼室を備えたピストンを
用いた燃料衝突拡散式エンジンは、単孔ノズルから噴射
された燃料を衝突させる衝突面はピストンヘッドの平ら
な衝突面であり、燃料が該衝突面に衝突して円盤状に拡
散するが、ピストンの上昇行程によって燃焼室内へのス
キッシュ流が発生し、該スキッシュ流によって薄膜円盤
状の燃料と空気と良好な混合気を生成して燃焼状態を良
好にするものである。しかしながら、上記燃料衝突拡散
式エンジンは、燃焼室は副室式の燃焼ではなく、直接噴
射式で燃料を燃焼させるものであり、ＮＯｘの発生を抑
制するには問題を有しているものである。

また、前掲特開昭６２−１９５４０８号公報に開示され
た燃料噴流の衝突反射拡散によるディーゼルエンジン及
び特開昭６２−２４０４１９号公報に開示された直噴式
ディーゼルエンジンについても、上記公報に開示された
ものと同様に、副室式燃焼室を採用してＮｏ、の発生を
抑制するという対策は講しられたものではない、しかも
、副室での燃料噴射を良好にするための衝突面の形状を
考慮しているものではない。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
シリンダヘッドに副室を形成し、ピストンヘッドに頂面
から上方に突出する突出部を設け、該突出部の頂面を凹
状衝突面に形成すると共に、該衝突面に対して液状燃料
を噴射する燃料噴射ノズルを副室に配置し、副室に突入
した衝突面に燃料噴射ノズルから燃料を噴射し、その噴
射した液状燃料を衝突させて、円盤状に均一に拡散させ
、該円盤状燃料フィルムに副室へ流入するスキンン１流
と交差させて良好な混合気を生成して着火燃焼させる燃
料衝突拡散式エンジンを捷供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、シリンダヘッドに形成
した副室、該副室を主室に連通ずる前記シリンダヘッド
に形成した連絡孔、ピストンヘッドの頂面から突出し且
つピストン上死点付近で前記連絡孔を通って前記副室に
突入して前記連絡孔を環状道路に形成する凹状衝突面を
備えた突出部、及び前記衝突面に液状燃料を噴射する噴
口を前記副室に開口する燃料噴射ノズル、を有する燃料
衝突拡散式エンジンに関する。

更に、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記副室
の容積をピストン上死点における圧縮端全容積の６０％
以下に構成したものである。

また、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記突出
部は可及的に短く形成され、前記副室から前記主室へ噴
出する二次混合時には、前記連絡孔は直ちに開口部面積
が増大して上死点径小さいクランク角内で火炎は前記主
室へ吹き出して拡散するものである。

〔作用〕

この発明による燃料衝突拡散式エンジンは、上記のよう
に構成され、次のように作用する。即ち、この燃料衝突
拡散式エンジンは、ピストンヘッドの頂面から突出した
凹状衝突面を備えた突出部を、ピストン上死点付近で連
絡孔を通って副室に突入させ、その状態で前記連絡孔を
環状通路に形成するので、該環状通路は実質的に副室の
連絡孔即ち開口部を形成することになる。その状態で燃
料噴射ノズルから副室に突入した凹状衝突面に液状燃料
を噴射するので、液状燃料は凹状衝突面に沿って円錐状
フィルムとなって副室内に拡散し、該円錐状フィルムの
燃料と主室から副室へのスキッシュ流の空気とは良好な
混合気を生成することができる。

特に、衝突面を凹状に形成することによって、衝突面に
衝突した噴流は副室の内部側へと円錐状燃料フィルムと
なって噴霧される。従って、ピストンに設ける突出部の
長さを短くすることができ、ピストンの頂面を形状上好
ましい面に形成することができる。また、突出部の長さ
を可及的に短く構成できることによって、該突出部は上
死点後直ちに連絡孔から下方へはなれるので、連絡孔の
開口部面積が直ちに大きくなり、副室から主室への火炎
の吹き出しを、上死点後、小さいクランク角内で発生さ
せることができる。小さいクランク角での吹き出しは、
燃料当量比を急激に低下させると共に、燃焼温度を低下
させＮＯｘの発生を抑制でき、エンジン性能の劣化を防
止することができる。しかも、副室へスキッシュ流で流
入する空気と円盤フィルム状の燃料との良好な混合を実
現して、副室で燃料リッチで主たる燃焼をさせて、ＮＯ
８の発生を抑制することができる。

Ｃ実施例〕 以下、図面を参照して、この発明による燃料衝突拡散式
エンジンの実施例を説明する。

第１図はこの発明による燃料衝突拡散式エンジンを示す
概略図である。

第１図に示すように、この燃料衝突拡散式エンジンは、
シリンダフ゛ロック９、Ｉ亥シリンダフ′ロンク９に固
定された吸気ボート６及び排気ポート７を備えたシリン
ダへフド３、シリンダヘッド３に形成した副室２、シリ
ンダブロンク９に形成したシリンダ１４内を往復運動す
るピストン１５、並びにシリンダヘッド３の下面部、シ
リンダ１４及びピストン１５のピストンヘッド部１３で
構成される主室１を存している。吸気ボート６には吸気
弁１６が配置され、また、排気ポート７には排気弁１７
が配置されている。

この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、ピストン１５は
、例えば、アルミニウム等の金属材料から成り、ピスト
ン１５のピストンへノド部１３には副室２に突入可能な
突出部５が形成されている。

また、シリンダヘッド３に形成した副室２は、シリンダ
ヘッド下面に形成された絞り部分８に形成した開口部即
ち連絡孔１０を通じてシリンダ側の主室ｌに連通してい
る。この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、副室２の容
積はピストン上死点における圧縮端全容積の６０％以下
、特に４０％〜６０％に構成することによって、良好な
副室式燃焼を行うことができる。

また、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、ピストン
ヘッド部１３の突出部５は、例えば、ピストン上死点付
近の位置で副室２内に突入するように構成され、その長
さは可及的に短く形成されている。シリンダへラド３に
形成した副室２の中央部位には、連絡孔１０の方向に燃
料を噴射するように噴口１１を開口した燃料噴射ノズル
４が配置されている。また、燃料噴射ノズル４は、ビン
トルノズル等の単孔ノズルから成り、ピストンヘッド３
の副室２内に噴口１１を開口した状態に取付けられ、し
かも、燃料噴射ノズル４の噴口１１から噴射された燃料
が液状で突出部５の衝突面１２の中央部に衝突するよう
に構成されている。

この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、ピストンヘッド
部１３に形成した突出部５の頂面は凹み面に形成され、
該凹み面は燃料噴射ノズル４から噴射される液状燃料を
衝突させる凹状衝突面１２を形成している。この突出部
５は、ピストン１５の上死点付近で絞り部分８に形成し
た連絡孔ｌＯから副室２に突入可能に構成されている。

特に、突出部５の衝突面１２を凹状に形成することによ
って、衝突面１２に衝突した噴流は副室２の内部側へと
円錐状燃料フィルムとなって噴霧される。従って、ピス
トン１５に設ける突出部５の長さを短く形成しても十分
に副室２内に燃料を噴霧できる。しかも、突出部５を短
く形成することによって爆発行程でピストン１５の下向
きの移動に応じて連絡孔１０の開口部面積を直ちに大き
くでき、副室２から主室１への火炎の吹き出しを、上死
点後、小さいクランク角内で発生させることができる。

小さいクランク角での火炎の吹き出しは、エンジン性能
の劣化を防止することができる。

しかも、副室２ヘスキツシユ流で流入する空気と円錐状
燃料フィルムとの良好な混合を実現して、副室２で燃料
リンチで主たる燃焼をさせて、ＮＯ３の発生を抑制する
ことができる。

なお、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、主室１と
副室２とを連通ずる連絡孔１０を形成する絞り部分８の
シリンダヘッド３は、図示していないが、耐熱性に冨ん
だ窒化珪素（ｓ　ｒ　３　Ｎ４　）等のセラミック材料
或いは耐熱金属材料から製作することが好ましい。また
、図示していないが、ピストンヘッド部１３及び突出部
５は、一体構造に構成でき、例えば、耐熱性に冨んだ窒
化珪素（Ｓ　ｌ　３　Ｎｍ　）等のセラミックスから製
作できるものである。

この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、ピストン１５の
上昇によって発生する副室２へのスキッシュ流は、矢印
のように、副室２に流入する。ピストン１５が上昇して
突出部５が副室２内に、例えば、ピストン上死点±３０
°の位置で突入し、上死点近傍で燃料噴射ノズル４から
燃料が噴射された場合には、燃料噴射ノズル４の噴口１
１から噴射された液状燃料は、突出部５の凹状衝突面１
２に衝突し、凹状表面に沿って円錐状燃料フィルムを形
成して副室２へ拡散する。そこで、副室２への空気のス
キッシュ流と円錐状燃料フィルムとは、直交状態に交差
し、空気と燃料の混合が促進され、次いで着火燃焼する
。

それ故、この燃料衝突拡散式エンジンは、燃料の衝突に
よって燃料をフィルム状に拡散させる０５ＫＡ式燃焼と
共に、副室式燃焼を行うようになり、両者の効果を兼ね
備えるエンジンを構成することができる。

〔発明の効果〕

この発明による燃料衝突拡散式エンジンは、上記のよう
に構成されており、次のような効果を有する。即ち、こ
の燃料衝突拡散式エンジンは、シリンダヘッドに形成し
た副室、該副室を王室に連通ずる前記シリンダヘッドに
形成した連絡孔、ピストンヘッドの頂面から突出し且つ
ピストン上死点付近で前記連絡孔を通って前記副室に突
入して前記連絡孔を環状通路に形成する凹状衝突面を備
えた突出部、及び前記衝突面に液状燃料を噴射する噴口
を前記副室に開口する燃料噴射ノズルを有するので、該
環状ｉｉｌ路は実質的に前記副室の連絡孔即ち開口部を
構成することになる。その状態で、前記燃料噴射ノズル
から前記副室へ突入した状態の前記凹状衝突面に液状燃
料を噴射するので、液状燃料は前記凹状衝突面に沿って
円錐状フィルムとなって前記副室内に拡散し、該円錐状
フィルムの燃料と前記主室から前記副室へのスキッシュ
流の空気とは良好な混合気を生成することができる。

特に、衝突面を凹状に形成することによって、衝突面に
衝突した噴流は前記副室の内部側へと円錐状燃料フィル
ムとなって噴霧される。従うて、ピストンに設ける前記
突出部の長さを短くすることができる。前記突出部を短
く形成すると、ピストンの上死点後、ピストンの下降に
よって前記連絡孔から前記突出部が直ちに離れるので、
前記連絡孔の開口部面積は直ちに大きくなり、火炎の吹
き出し昌い状態になる。即ち、ピストンの頂面を形状上
好ましい面に形成することができると共に、前記副室か
ら前記主室への火炎の吹き出しを、上死点後、小さいク
ランク角内で発生させることができる。小さいクランク
角での吹き出しは、燃料当量比を急激に低下させると共
に、燃焼温度を低下させ、前記主室での二次燃焼は、Ｎ
ＯＸの発生領域を直ちにクリヤーしてＮＯＸの発生を抑
制し、エンジン性能の劣化を防止することができる。し
かも、前記副室へスキンシュ流で流入する空気と円盤フ
ィルム状の燃料との良好な混合を実現して、前記副室で
燃料リッチで主たる燃焼をさせるので、Ｎ　Ｏｘの発生
を抑制することができる。

また、この燃料衝突拡散式エンジンは、前記副室の容積
をピストン上死点における圧縮端全容積の６０％以下に
構成したので、最も好ましい副室式燃焼を行わせること
ができ、Ｎ　Ｏｘの発生を抑制できる。

更に、この燃料衝突拡散式エンジンについては、燃料を
前記副室で燃焼させるように前記突出部の前記衝突面が
前記副室に位置する時即ち上死点近傍で噴射し、前記突
出部の前記衝突面に噴射された液状燃料は前記衝突面に
沿って半径方向外向きに拡散して常に良好な円錐状燃料
ｆ！膜を形成し、該円錐状燃料薄膜は前記副室へのスキ
ッシュ流と交差して空気と燃料の良好な混合を実現し、
確実に前記副室内で燃料リッチで燃焼し、ＮＯｘの発生
を抑制すると共に、燃焼効率の向上を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による燃料衝突拡散式エンジンの一実
施例を示す説明図である。 °ｌ・−−−−一主室、２・・・・−副室、３・・・−
・−シリンダヘッド、４・−−−−−一燃料噴射ノズル
、５−−−−−・−突出部、８−絞り部分、１（１−・
−・連絡孔、１１−・−噴口、］］２−−−凹状衝突面
１３−−−−−−ピストンヘッド部、１５−−−−−−
ピストン。 第 図 出願人　　いすソ′自動車株式会社 代理人　　弁理士　尾　仲　−宗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッドに形成した副室、該副室を主室に
   連通する前記シリンダヘッドに形成した連絡孔、ピスト
   ンヘッドの頂面から突出し且つピストン上死点付近で前
   記連絡孔を通って前記副室に突入して前記連絡孔を環状
   通路に形成する凹状衝突面を備えた突出部、及び前記衝
   突面に液状燃料を噴射する噴口を前記副室に開口する燃
   料噴射ノズル、を有する燃料衝突拡散式エンジン。
2. （２）前記副室の容積をピストン上死点における圧縮端
   全容積の６０％以下に構成した請求項１に記載の燃料衝
   突拡散式エンジン。
3. （３）前記突出部は可及的に短く形成され、前記副室か
   ら前記主室へ噴出する二次混合時には、前記連絡孔は直
   ちに開口部面積が増大して上死点後小さいクランク角内
   で火炎は前記主室へ吹き出して拡散する請求項１に記載
   の燃料衝突拡散式エンジン。