JPH06307242A

JPH06307242A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH06307242A
Application number: JP11921093A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村; Akihide Ogushi; 彰秀大串; Takatoshi Sugano; 隆登志菅野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、副燃焼室で未燃混合気を活性化し
てスモークの発生を低減する副室式エンジンを提供す
る。【構成】この副室式エンジンにおいて、ピストン８の
上方に突出する突出部５の頂面を平坦面１２に形成す
る。該平坦面１２に燃料噴射ノズル４の単噴口１１から
の液状燃料を噴射衝突させ、連絡孔１０領域で燃料噴霧
を円盤状に均一に拡散させる。膜状拡散燃料を副燃焼室
２への強力なスキッシュ流に交差させて混合気の形成を
促進し、突出部５で連絡孔１０の流路面積を低減し、副
燃焼室２で燃料リッチな状態で燃焼させて燃焼期間を延
ばし、副燃焼室２内のガスを活性化し、主燃焼室１へ高
速で噴き出させ、主燃焼室１で燃焼期間を短縮して良好
に二次燃焼させ、スモーク、ＮＯ_Xの発生を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドに形
成した副燃焼室と該副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射
ノズルを持つ副室式エンジンに関する。

【０００２】

【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等によって
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。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。

【０００３】しかしながら、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。

【０００４】また、副室式燃焼室は、副室内に高スワー
ルを形成し、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
とを連通す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。

【０００５】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、ＯＳＫＡ式の燃焼室を持つエンジンが開
示されている。このＯＳＫＡ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。

【０００６】また、特開平３−１１５７２１号公報に
は、副室式アルコールエンジンが開示されている。該副
室式アルコールエンジンは、シリンダヘッドに形成した
断熱構造の副室、前記シリンダヘッド下面とシリンダラ
イナで形成した主燃焼室、該主燃焼室と前記副室を連通
する断熱構造の連絡孔、及び前記副室の中央部を貫通す
るノズル本体と前記連絡孔の壁面に対向して開口する多
噴孔の噴口を有する燃料噴射ノズルから成るものであ
る。そして、燃料噴射ノズルは、その燃料噴射タイミン
グが圧縮行程上死点前に設定されているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＯＳＫ
Ａ型の燃焼室を備えたピストンを用いたエンジンは、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
して燃焼状態を向上させようとするものである。しかし
ながら、上記のような混合気の形成方法では、混合気の
生成或いは燃焼が不十分であり、スモークの発生を十分
に抑制することはできなかった。

【０００８】また、前掲特開平３−１１５７２１号公報
に開示された副室式アルコールエンジンは、燃料を連絡
孔領域において燃料噴射ノズルから噴射して膜状に形成
しており、ピストン頂面に設けた突出部は副室に流入空
気にスキッシュを発生させ、該スキッシュを燃料噴霧に
直角に当てて混合を促進するものであり、突出部に燃料
噴射ノズルからの燃料噴流を衝突させるものではない。

【０００９】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、シリンダヘッドに形成した副燃焼
室、ピストン頂面から上方に突出する突出部を設け、該
突出部の平面状頂面を衝突面即ち平坦面に構成すると共
に、該平坦面に対して液状燃料を噴射する燃料噴射ノズ
ルを副燃焼室に配置し、平坦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、混合気の形成を促進し、ピストン
頂面に設けた突出部によって連絡孔を殆ど閉鎖状態に流
路面積を低減し、副燃焼室での燃料リッチな状態で燃焼
させて燃焼期間を長くし、副燃焼室内の未燃混合気を活
性化し、次いで突出部が連絡孔を開口することで副室内
の火炎と混合気とを主燃焼室へ一気に吹き出し、主燃焼
室での燃焼期間を短縮して熱効率を向上させると共に、
スモーク、ＮＯ_Xの発生を低減する副室式エンジンを提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、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燃焼室、該副
燃焼室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル、シリンダ側に
形成した主燃焼室、シリンダ内を往復運動するピストン
及び前記副燃焼室と前記主燃焼室を連通する連絡孔を有
する副室式エンジンにおいて、上死点近傍で前記連絡孔
に突入して前記連絡孔の流路面積を低減する平坦面を備
えた突出部を前記ピストンの頂面に設け、前記燃料噴射
ノズルから噴射される燃料を前記突出部の前記平坦面に
衝突させて前記連絡孔近傍領域で膜状に拡散させること
を特徴とする副室式エンジンに関する。

【００１１】また、この副室式エンジンにおいて、副室
容積は圧縮端で全燃焼室容積の６５％以下に構成したも
のである。

【００１２】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔の通路面積を３〜８％に構成すると共に、前記突
出部の周囲に周方向に隔置して複数の縦溝を形成したも
のである。

【００１３】

【作用】この発明による副室式エンジンは、上記のよう
に構成されており、次のように作用する。即ち、この副
室式エンジンは、上死点近傍で連絡孔の流路面積を低減
して前記連絡孔に突入する平坦面を備えた突出部をピス
トンの頂面に設け、燃料噴射ノズルから噴射される燃料
を前記突出部の前記平坦面に衝突させるので、前記燃料
噴射ノズルから噴射された液状燃料は前記平坦面に衝突
して前記連絡孔近傍領域に均一に膜状となって拡散し、
しかも前記連絡孔が前記突出部で流路面積が低減されて
前記主燃焼室から前記副燃焼室へと強力なスキッシュ流
が発生して流入する。

【００１４】そこで、前記副燃焼室内に形成された強力
なスキッシュ流に対して直角状態に膜状の燃料噴霧が拡
散するので、膜状に拡散した燃料と流入空気との混合気
の形成が促進される。更に、ピストン頂面に設けた前記
突出部によって上死点近傍では前記連絡孔の流路面積が
殆ど閉鎖状態になるまで低減され、前記副燃焼室での燃
焼期間を延ばし、前記副燃焼室では燃料リッチな状態で
燃焼するので、ＮＯ_Xの発生が低減され、しかも未燃混
合気を活性化する。次いで、燃焼行程で前記突出部に設
けた縦溝を通って火炎、未燃混合気等のガスが主燃焼室
へ噴出し、ピストン下降につれて前記連絡孔の通路面積
が急激に拡大され、前記副燃焼室から前記主燃焼室へ前
記連絡孔を通ると共に前記縦溝に沿って火炎、未燃混合
気等のガスが一気に噴出し、ペネトレーションを増強し
て遠くまで伸び、前記主燃焼室に存在する新気と混合を
促進して燃焼スピードを短縮し、熱効率を向上させると
共に、ＨＣ、スモーク等の発生を低減する。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明による
副室式エンジンに一実施例を示す概略断面図、図２は図
１の副室式エンジンのシリンダヘッド下面を示す平面
図、図３は図１の副室式エンジンの副燃焼室に配置した
燃料噴射ノズルの一例を示す断面図、図４は図１の副燃
焼室の燃料噴霧状態を示す説明図、及び図５はピストン
に形成した突出部の一実施例を示す斜視図である。

【００１６】図１に示すように、この副室式エンジン
は、シリンダ６を構成するシリンダブロック９、該シリ
ンダブロック９に固定されたシリンダヘッド３、シリン
ダヘッド３に形成した吸気ポート１６及び排気ポート１
７、シリンダヘッド３に形成し且つシリンダ６の中心軸
上中央部に形成した副燃焼室２、シリンダ６内を往復運
動するピストン８、シリンダ６側に形成される主燃焼室
１、及び副燃焼室２と主燃焼室１とを連通し且つシリン
ダヘッド３に形成されている連絡孔１０を有している。
吸気ポート１６には吸気弁が配置され、また排気ポート
１７には排気弁が配置されている。シリンダブロック９
に形成した孔部にシリンダ６を形成したシリンダライナ
を嵌合してもよく、その時、シリンダブロック９では、
シリンダライナでシリンダ６を構成するものである。

【００１７】この副室式エンジンおいて、特に、ピスト
ン８は、例えば、アルミニウム等の金属材料或いは窒化
ケイ素等のセラミックスから製作され、ピストン８のピ
ストン頂面１５には、ピストン上死点近傍で連絡孔１０
に突入する突出部５が形成されている。この突出部５
は、その頂面の平坦面１２が上死点で連絡孔１０と副燃
焼室２との境界領域に位置するように、ピストン頂面１
５から僅かに突出する程度で十分である。突出部５を形
成するピストン頂面１５の領域は、耐熱性に富むセラミ
ックス等の材料で製作することが好ましい。突出部５の
外径は、連絡孔１０の通路面積を殆ど閉鎖する程度のサ
イズに形成することが、副燃焼室２での燃焼を一時拘
束、即ち燃焼期間を延ばすため好ましいものである。ま
た、突出部５の平坦面１２は、皿状に形成されてもよい
ものである。

【００１８】シリンダヘッド３に形成した副燃焼室２の
中央上部には、連絡孔１０の方向に燃料を噴射するよう
に単噴口１１を備えた燃料噴射ノズル４が配置されてい
る。ピストン頂面１５に形成した突出部５の頂面は平坦
面１２に形成され、該平坦面１２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衝突面を形成してい
る。更に、突出部５の周囲には、周方向に隔置して複数
の溝１８が形成されており、副燃焼室２から主燃焼室１
への火炎、未燃混合気等のガスの噴き出しを方向づけて
噴出エネルギーを増強している。燃料噴射ノズル４は、
ピントルノズル等の噴射ノズルから成り、ピストンヘッ
ド３の副燃焼室２内に噴口１１を開口した状態に取り付
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の衝突面即ち平坦面１２の
中央部に衝突するように構成されている。

【００１９】また、この副室式エンジンにおいて、主燃
焼室１と副燃焼室２とを連通する連絡孔１０を形成する
部分を、シリンダヘッド３に形成した穴部１４に配置し
たブロック、例えば、耐熱性に富んだ窒化珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）等のセラミック材料或いは耐熱金属材料から製作
した連絡孔形成ブロック７で形成することが好ましい。
連絡孔１０の角部をシャープに形成することによって、
圧縮行程でのピストン８の上昇で主燃焼室１から連絡孔
１０を通じて副燃焼室２に流入する吸入空気は、強力な
スキッシュ流を形成することができる。

【００２０】また、この副室式エンジンでは、副燃焼室
２の容積は、当量比制御の点から圧縮端で副燃焼室２と
主燃焼室１との合計の全燃焼室容積の６５％以下である
ことが好ましい。

【００２１】この副室式エンジンにおいて、ピストン８
の上昇によって発生する副燃焼室２へのスキッシュ流
は、ピストン８が上昇して突出部５が連絡孔１０内に突
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の単噴口１１から噴射
された液状燃料は、突出部５の衝突面である平坦面１２
に衝突して平坦面１２に沿って円盤状燃料薄膜を形成し
て連絡孔１０の通路に拡散する。そこで、副燃焼室２へ
の空気のスキッシュ流と円盤状燃料薄膜とは、直交状態
に交差し、空気と燃料の混合が促進され、次いで副燃焼
室２内で着火燃焼する。また、連絡孔１０は、連絡孔通
路面積は３〜８％に設定されている。連絡孔１０に突出
部５の周囲には、周方向に隔置して複数の縦溝１８が形
成されている。

【００２２】連絡孔１０に突出部５が突入した時には、
連絡孔１０は突出部５に形成された溝１８で若干連通す
るが、ほとんど閉鎖状態になり、連絡孔１０の通路面積
を低減しているので、燃焼は副燃焼室２内で一時拘束さ
れた状態、即ち副燃焼室２での燃焼期間を長くし、燃料
リッチで一次燃焼し、ＮＯ_Xの発生を抑制すると共に、
副燃焼室２での燃焼期間が延びることによって、副燃焼
室２内の未燃混合気が活性化する。

【００２３】そこで、副燃焼室２内で活性化された火
炎、未燃混合気等のガスは、ピストン８が下降し始める
と、副燃焼室２と主燃焼室１とはまず突出部５に形成し
た縦溝１８で連通し、該縦溝１８を通って火炎、未燃混
合気等のガスが主燃焼室１へ噴出し、ピストン８の下降
につれてピストン８の突出部５が連絡孔１０から抜け出
し、連絡孔１０の通路面積が急激に拡大され、副燃焼室
２から主燃焼室１へ連絡孔１０を通ると共に縦溝１８に
沿って活性化された火炎、未燃混合気等のガスが一気に
主燃焼室１へと噴き出され、ペネトレーションを増強し
て遠くまで噴出される。副燃焼室２から連絡孔１０を通
って主燃焼室１へ高速で噴き出した火炎、未燃混合気等
のガスとは、主燃焼室１内の新気と急速に混合を促進
し、また燃焼温度を低下させて燃焼スピードを短縮して
二次燃焼を完結し、熱効率を向上させ、スモークの発生
を大幅に低減することになる。

【００２４】特に、この副室式エンジンは、シリンダヘ
ッド３の副燃焼室２に取付けた燃料噴射ノズル４の噴口
１１から低圧で噴射された燃料は、棒状の液状燃料とし
て噴口１１に対向したピストン頂面１５の突出部５に形
成した衝突面即ち平坦面１２に衝突し、連絡孔１０の領
域で薄い膜状の円盤状になって半径方向外向きに拡散す
る。一方、ピストン８の上昇で連絡孔１０の通路面積は
突出部５で絞られると共に、吸入空気の副燃焼室２への
押し込みによって副燃焼室２内に強力な環状押込み流即
ちスキッシュ流が発生し、副燃焼室２内に流入する。そ
こで、該スキッシュ流と円盤状薄膜燃料と直交状態に交
差して良好な混合を実現することができ、良好な燃焼状
態を確保して燃焼効率を向上できる。即ち、燃料噴射ノ
ズル４の噴口１１から噴射された液状の燃料は、突出部
５の平坦面１２に衝突して直ちに該平坦面１２に沿って
半径方向に拡がって円盤形状のフィルムとなって均一に
拡散する。そこで、円盤状フィルムの燃料は、ピストン
８の上昇行程に伴って発生する副燃焼室２へのスキッシ
ュ流と直交状態に交叉し、混合が促進されると共に、直
ちに着火燃焼することができる。

【００２５】それ故に、この副室式エンジンは、燃料或
いは混合気と空気との混合を促進できるので、燃料は良
好な状態で完全に燃焼し、ＨＣ、ＮＯ_Xの発生を抑制す
ることができ、エンジン作動状態に最適状態で燃焼サイ
クルが実行され、燃焼期間が短縮され、熱効率が向上
し、燃費が改善され、ＨＣ、ＮＯ_X等の発生を抑制する
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明による副室式エンジンは、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、この副室式エンジンは、上死点近傍で連絡孔の流路
面積を低減して前記連絡孔に突入する平坦面を備えた突
出部をピストンの頂面に設け、燃料噴射ノズルから噴射
される燃料を前記突出部の前記平坦面に衝突させるの
で、前記燃料噴射ノズルから噴射された液状燃料は前記
平坦面に衝突して前記連絡孔領域に均一な膜状となって
円盤状に拡散し、しかも前記連絡孔が前記突出部で流路
面積が低減されて主燃焼室から副燃焼室へと強力な吸入
空気はスキッシュ流となって流入する。

【００２７】そこで、該スキッシュ流に対して直角状態
に膜状の燃料噴霧が拡散するので、燃料噴霧とスキッシ
ュ流とが交差して混合が促進され、良好な混合気の形成
が促進される。更に、前記ピストン頂面に設けた前記突
出部によって上死点近傍では前記連絡孔の流路面積が殆
ど閉鎖状態にまで低減され、前記副燃焼室での燃焼期間
が延ばされ、前記副燃焼室では燃料リッチな状態で燃焼
するので、ＮＯ_Xの発生が低減され、しかも前記副燃焼
室内の未燃混合気を活性化して引き続く燃焼行程で前記
副燃焼室から前記主燃焼室へ火炎、未燃混合気等のガス
は連絡孔を通じて高速で噴き出し、前記主燃焼室に存在
する新気との混合が促進され、燃焼期間が短縮されて良
好に二次燃焼が行われ、熱効率を向上させると共に完全
燃焼してスモークの発生を低減する。

【００２８】また、前記副燃焼室の容積を圧縮端で全燃
焼室容積の６５％以下に構成することによって、好まし
い当量比の制御を行うことができる。

【００２９】更に、前記連絡孔の通路面積を３〜８％に
構成し、且つ前記突出部の周囲に周方向に隔置して縦溝
を形成したので、主燃焼室から副燃焼室への吸入空気の
流入及び副燃焼室から主燃焼室への火炎、未燃混合気等
のガスの噴き出しを良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式エンジンの一実施例を示
す概略断面図である。

【図２】図１の副室式エンジンのシリンダヘッド下面を
示す平面図である。

【図３】図１の副室式エンジンの副燃焼室に配置した燃
料噴射ノズルの一例を示す断面図である。

【図４】図１の副燃焼室の燃料噴霧状態を示す説明図で
ある。

【図５】この副室式エンジンにおけるピストンに形成し
た突出部の一実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室３シリンダヘッド４燃料噴射ノズル５突出部６シリンダ８ピストン９シリンダブロック１０連絡孔１１単噴口１２平坦面１５ピストン頂面１８縦溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに形成した副燃焼室、該
副燃焼室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル、シリンダ側
に形成した主燃焼室、シリンダ内を往復運動するピスト
ン及び前記副燃焼室と前記主燃焼室を連通する連絡孔を
有する副室式エンジンにおいて、上死点近傍で前記連絡
孔に突入して前記連絡孔の流路面積を低減する平坦面を
備えた突出部を前記ピストンの頂面に設け、前記燃料噴
射ノズルから噴射される燃料を前記突出部の前記平坦面
に衝突させて前記連絡孔近傍領域で膜状に拡散させるこ
とを特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】副室容積は圧縮端で全燃焼室容積の６５
％以下に構成したことを特徴とする請求項１に記載の副
室式エンジン。
【請求項３】前記連絡孔の通路面積を３〜８％に構成
すると共に、前記突出部の周囲に周方向に隔置して複数
の縦溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載の副
室式エンジン。