JPH0633770A - 副室点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 副室点火式内燃機関において、安定した希薄
燃焼を実現する。 【構成】 ピストン３によって画成される燃焼室４と、
燃焼室４に噴口８を介して連通する副室６と、副室６に
臨む点火栓７とを備える副室点火式内燃機関において、
副室６に燃料と空気を直接噴射するアシストエア式の燃
料噴射弁（燃料供給手段および空気供給手段）１４を設
け、副室６の内壁面５ａに対して燃料噴射弁１４からの
噴射燃料が衝突する領域の一部に噴口６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副室点火式内燃機関の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸気通路に気化器や燃料噴射弁を備える
予混合式の点火式内燃機関では、過渡的運転時などに燃
料の輸送遅れにより出力特性や排気エミッションが悪化
するという問題があり、これを解決するため燃焼室と連
通する副室に点火栓を臨ませ、副室に燃料を直接的に噴
射供給する副室点火式内燃機関が考えられている。

【０００３】従来の副室点火式内燃機関として、例えば
特開昭５２−４７１３２号公報に開示されたものは、図
１１に示すように、ピストン５３によって画成される燃
焼室５４と、燃焼室５４に噴口５８を介して連通する副
室５５と、副室５５に臨む燃料噴射弁５６および点火栓
５７を備えている。

【０００４】これは、ピストン５３が下降する吸気行程
で、吸気弁５１の開弁に伴って吸気通路５２から燃焼室
５４に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁５６から
副室５５に燃料が直接噴射され、圧縮上死点付近では副
室５５に比較的濃い混合気をつくって、点火栓５７によ
る着火性を高めるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、燃料噴射弁５６から噴射され
る燃料の大半が副室内壁面５９に衝突する構成となって
いたため、燃焼室５４に必要な燃料量を確実に送り込む
ことができないばかりか、多量の燃料が副室内壁面５９
に付着して、燃料と空気の混合が十分に行われず、燃焼
性や排気エミッションの悪化を招くという問題点があっ
た。

【０００６】本発明は上記の問題点に着目し、副室点火
式内燃機関において、安定した希薄燃焼を実現すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの燃
焼室に噴口を介して連通する副室と、副室に臨んで配設
した点火栓とを備える副室点火式内燃機関において、前
記副室に直接噴射する燃料供給手段を備え、同じく副室
に空気を直接噴射する空気供給手段を備え、少なくとも
吸気行程で燃料と空気を一緒に噴射する制御手段を備え
るとともに、前記副室と燃焼室を連通する噴口をこの燃
料供給手段から噴射される燃料が副室内壁面に衝突する
燃料衝突領域の一部に配置し、かつ噴口の開口面積をこ
の燃料衝突領域の面積よりも小さく設定する。

【０００８】

【作用】噴口を副室の内壁面に対して噴射燃料が衝突す
る燃料衝突領域に開口させ、かつ開口の周囲の内壁面に
対して噴射燃料の一部を衝突させることで、必要な燃料
量を副室内に滞留させると共に、残りの燃料を噴口を通
して燃焼室内に輸送される。すなわち、副室から燃焼室
へと向かう噴射燃料の輸送が副室内壁面によって阻害さ
れることがなく、燃料衝突領域に対する噴口の開口面積
比を任意に設定することにより必要な燃料量を確実に燃
焼室へ送り込むことができる。これにより、副室内に濃
い混合気を、燃焼室に薄い混合気を形成でき、いわゆる
成層化が達成される。

【０００９】その内壁面に衝突して副室内に滞留する燃
料は、空気供給手段から副室内に直接噴射される空気流
により副室に強いガス流動が生起され、副室内における
燃料の微粒化および燃料と空気の混合が促進され、狭い
空間である副室内に燃料の壁流が生じることを防止す
る。しかも、燃料の噴射は吸気行程で行われ、点火まで
に長い時間が確保されるため、この間に上記した燃料と
空気の混合、霧化が十分に促進されることになり、これ
らが相俟ってきわめて良好な着火性が得られる。

【００１０】一方、噴口を通して燃焼室に輸送される噴
射燃料はピストンの下降に伴って燃焼室に吸入される空
気と混合することにより、燃料と空気の混合、霧化が十
分に促進される。

【００１１】このため、全体として理論空燃比よりかな
り薄い空燃比で希薄燃焼させる場合にも、点火時期を向
かえる点火栓の近傍に必要な混合気濃度を維持できるこ
とから、点火に伴って副室内に強力な初期火炎核を生成
し、噴口から強い燃焼火炎を燃焼室に噴出させること
で、燃焼室全体として安定した希薄燃焼を行うことがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を４ストローク内燃機関に適用
した実施例を添付図面に基づいて説明する。

【００１３】図１に示すように、エンジンブロック（シ
リンダヘッド）１とピストン３の間に燃焼室４が画成さ
れ、この燃焼室４の中央部にドーム状のキャップ５を介
して副室６が画成される。副室６には点火栓７が臨んで
いるとともに、燃料供給手段および空気供給手段として
アシストエア式の燃料噴射弁１４が連通管１６を介して
臨んでいる。

【００１４】図２に示すように、燃焼室４には副室６の
まわりに２つの吸気弁１３と排気弁１２が設けられ、各
吸気弁１３は吸気ポート１１を、各排気弁１２は排気ポ
ート１０をエンジン回転に同期してそれぞれ所定のタイ
ミングで開閉する。

【００１５】図３にも示すように、アシストエア式の燃
料噴射弁１４は燃料入口２１と空気入口２２および出口
２３を備え、出口２３から燃料と空気を混合しながら連
通管１６へと噴射するようになっている。

【００１６】燃料入口２１には図示しない燃料配管を介
して所定の加圧燃料が供給され、燃料噴射弁１４はこれ
に内蔵される電磁弁が駆動パルスを受けて開弁すること
により開弁期間に応じた所定量の燃料が出口２３から噴
射される。

【００１７】図３に示すように、空気入口２２には空気
配管２４が接続され、蓄圧容器２７に蓄えられた加圧空
気が空気ギャラリー２６を通り、各気筒毎に設けられる
電磁弁２５を経て供給される。蓄圧容器２７にはエアポ
ンプ２８から吐出する加圧空気がレギュレータ２９を介
して蓄えられる。これにより、電磁弁２５の開弁に伴っ
て燃料噴射弁１４の出口２３から加圧空気が噴出し、上
記噴射燃料と混合しながら連通管１６を通って副室６に
供給される。

【００１８】点火栓７は、点火装置３１からイグニッシ
ョンコイルに発生した高電圧が供給されることにより、
その電極９間に火花放電を起こして、副室６内で圧縮さ
れた混合気に着火させるようになっている。

【００１９】制御装置３２は、各種運転状態の検出信号
を入力して、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量および噴
射時期を制御し、電磁弁２５を介して空気噴出時期を制
御するとともに、点火栓７を点火する点火装置３１の点
火時期を制御する。

【００２０】制御装置３２では、点火時期が圧縮上死点
前に設定され、燃料噴射弁１４の燃料および空気の噴射
を吸気行程に行う。なお、排気行程でも空気のみを噴射
して、副室６の掃気を促すことも可能である。

【００２１】ドーム状のキャップ５は点火栓ボス部１８
から燃焼室４に挿入され、その上端つば部１９が点火栓
ボス部１８に螺合するスリーブ２０を介して締結され、
スリーブ２０の内側に点火栓７が螺合して取付けられ
る。

【００２２】キャップ５の下端には単一の噴口８が形成
され、副室６はこの噴口８を介して燃焼室４と連通す
る。

【００２３】燃料噴射弁１４から空気と共に噴射される
燃料噴霧は、図４に２点鎖線で示すように、副室６にお
いて円錐状に拡がるが、噴口８は副室内壁面５ａに対し
て燃料噴射弁１４からの噴射燃料が衝突する領域（図５
に２点鎖線で示す）の一部に開口し、噴射燃料がこの燃
料衝突領域の内側で図中斜線を入れて示すように噴口８
の周囲に残された領域に実際に衝突する。この実施例で
は、噴口８は副室内壁面５ａの燃料衝突領域の内側で同
心的に開口している。

【００２４】噴口８の周囲の副室内壁面５ａに対する噴
射燃料の衝突率は、燃焼室４および副室６に充填される
空気重量に対する副室５内の空気重量の比率以上になる
ように、上記燃料の衝突領域の面積に対する噴口８の開
口面積を設定し、これにより噴射燃料の一部が副室６に
滞留し、副室６に燃焼室４より濃い混合気をつくるよう
にする。

【００２５】次に、作用について説明する。

【００２６】吸気行程において燃料噴射弁１４から加圧
空気と共に燃料が噴射されると、副室内壁面５ａに対し
て燃料噴射弁１４からの噴射燃料が到達する領域の内側
に、これより小さな噴口８を開口させてあるため、噴射
燃料の多くは噴口８を通り抜けて燃焼室４に供給される
が、残りの一部が噴口８の周囲の副室内壁面５ａに当た
って副室６内に滞留する。すなわち、副室６から燃焼室
４へと向かう噴射燃料の輸送が副室内壁面５ａによって
阻害されることがなく、燃料衝突領域に対する噴口８の
開口面積比を任意に設定することにより必要な燃料量を
確実に燃焼室４へ輸送することができる。これにより、
副室６内に濃い混合気を、燃焼室４に薄い混合気を形成
でき、いわゆる成層化が達成される。

【００２７】副室内壁面５ａに衝突して副室６内に滞留
する燃料は、アシストエア式の燃料噴射弁１４から噴射
される空気流により副室６内に強いガス流動が生起さ
れ、副室６における燃料の微粒化および燃料と空気の混
合が促進され、さらに噴射された燃料のうち必要な燃料
量だけが副室内壁面５ａに衝突することと相俟って、狭
い空間である副室６内に燃料の壁流が生じることを効果
的に防止する。しかも、燃料の噴射は吸気行程で行わ
れ、点火までに長い時間が確保されるため、この間に上
記した燃料と空気の混合、霧化が十分に促進されること
になり、これらが相俟ってきわめて良好な着火性が得ら
れる。

【００２８】一方、噴口８を通して燃焼室４に輸送され
る噴射燃料はピストン３の下降に伴って燃焼室４に吸入
される空気と混合することにより、燃料と空気の混合、
霧化が十分に促進される。

【００２９】このため、全体として理論空燃比よりかな
り薄い空燃比で希薄燃焼させる場合にも、点火時期を向
かえる点火栓７の近傍に必要な混合気濃度を維持できる
ことから、点火に伴って副室６内に安定した初期火炎核
を生成し、噴口８から強い燃焼火炎を燃焼室４に噴出さ
せることで、燃焼室４の混合気を拡散燃焼させられる。
このようにして安定した着火にもとづく円滑な希薄燃焼
を実現し、燃費の低減、排気エミッションの改善、高出
力化がはかれる。

【００３０】なお、燃料噴射弁１４からの噴射燃料が空
気と共に高温となったキャップ５に衝突することで、燃
料の気化潜熱によりキャップ５を冷却し、とくに熱負荷
の高い低速高負荷運転時などでも自着火を防止するとと
もに、キャップ５の過熱を防止することができる。

【００３１】次に、図６に示した他の実施例は、噴射燃
料の衝突領域の内側に位置して、キャップ５に４つの噴
口８が形成され、また図７に示した他の実施例は、同じ
くキャップ５に２つの噴口８が形成され、さらに図８に
示した他の実施例は、キャップ５に５つの噴口８が形成
され、そのうち１つの噴口８が噴射燃料の衝突領域の内
側中央部に位置して開口し、他の４つの噴口８がそれぞ
れの一部を燃料衝突領域に重合させて開口している。

【００３２】いずれの場合も、噴口８が燃料衝突領域に
重合する面積の総和は、燃料衝突領域の面積より小さく
形成され、図中斜線を入れて示すように各噴口８のまわ
りに噴射燃料が実際に副室内壁面５ａと衝突する領域が
設けられる。

【００３３】このように、燃焼室の形状や燃焼室に生起
される吸気スワールの強さ等に応じて噴口８の数および
位置を設定することにより、噴口８から燃焼室への燃料
噴霧の拡散を良好にするとともに、噴口８から燃焼室に
噴き出す燃焼火炎の拡散を良好にすることができる。

【００３４】次に、図９に示した他の実施例は、副室６
に臨んで光ビーム式点火栓４１が設けられるものであ
る。

【００３５】光ビーム式点火栓４１はキャップ５の上部
に凸レンズ４２を備え、凸レンズ４２の焦点距離は１０
ｍｍ程度に設定され、図示しない発光装置から所定の点
火時期に送られる光ビーム（レーザ光）を副室６の中央
部に集める。

【００３６】このようにして、光ビーム式点火栓４１は
副室６の中央部で混合気に点火するため、前記実施例の
ように副室６の上部に位置する電極９によって混合気に
着火するものに比べて、各噴口８から燃焼室４への火炎
の噴き出しを早められ、燃焼性を高めることができる。

【００３７】また、キャップ５はその材質をステンレス
材とし、その内面５ａを鏡面仕上げを施すか、あるいは
その内面５ａに多層膜を蒸着して、内面５ａの反射率を
９０〜９５％に仕上げる。そして、図１０に示すよう
に、光ビームは凸レンズ４２で副室６の中央部に位置す
るＡ点で集光した後、凹状に湾曲して窪むキャップ内面
５ａに反射して副室６の中央部に位置するＢ点で再び集
光させることで、副室６の混合気に対してこの２点で着
火作用が得られ、さらに燃焼性が向上する。

【００３８】また、キャップ内面５ａに対するカーボン
等の付着物は光ビームによって焼き切られる自己浄化作
用があるため、光ビームが当たる部分は常に所定の反射
率を維持できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、エンジン
の燃焼室に噴口を介して連通する副室と、この副室に臨
んで配設した点火栓とを備える副室点火式内燃機関にお
いて、少なくとも吸気行程で燃料と空気を一緒に噴射す
る構成とし、副室と燃焼室を連通する噴口をこの燃料供
給手段から噴射される燃料が副室内壁面に衝突する燃料
衝突領域の一部に配置し、かつ噴口の開口面積をこの燃
料衝突領域の面積よりも小さく設定したため、副室内壁
面に燃料が付着することを最小限に抑えながらも、副室
に十分に微粒化、霧化の促進された濃い混合気をつくる
ことができ、確実で安定した着火にもとづき、全体的に
は希薄混合気であっても、円滑な希薄燃焼を実現し、燃
費の低減、排気エミッションの改善、高出力化がはかれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す機関の縦断面図である。

【図２】同じく機関の概略平面図である。

【図３】同じく空気供給系の構成図である。

【図４】同じく副室の断面図である。

【図５】同じく噴口の平面図である。

【図６】他の実施例を示す噴口の平面図である。

【図７】さらに他の実施例を示す噴口の平面図である。

【図８】さらに他の実施例を示す噴口の平面図である。

【図９】さらに他の実施例を示す機関の縦断面図であ
る。

【図１０】同じく光ビーム式点火栓の構成図である。

【図１１】従来例を示す機関の縦断面図である。

【符号の説明】

３ ピストン ４ 燃焼室 ５ キャップ ５ａ 副室内壁面 ６ 副室 ７ 点火栓 ８ 噴口 １４ 燃料噴射弁（燃料供給手段および空気供給手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの燃焼室に噴口を介して連通す
   る副室を備えるとともに、この副室に臨んで配設した点
   火栓を備える副室点火式内燃機関において、前記副室に
   直接噴射する燃料供給手段を備え、同じく副室に空気を
   直接噴射する空気供給手段を備え、少なくとも吸気行程
   で燃料と空気を一緒に噴射する制御手段を備えるととも
   に、前記副室と燃焼室を連通する噴口をこの燃料供給手
   段から噴射される燃料が副室内壁面に衝突する燃料衝突
   領域の一部に配置し、かつ噴口の開口面積をこの燃料衝
   突領域の面積よりも小さく設定したことを特徴とする副
   室点火式内燃機関。