JPH086587B2 - 副燃焼室式断熱エンジン - Google Patents
副燃焼室式断熱エンジンInfo
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- JPH086587B2 JPH086587B2 JP63270923A JP27092388A JPH086587B2 JP H086587 B2 JPH086587 B2 JP H086587B2 JP 63270923 A JP63270923 A JP 63270923A JP 27092388 A JP27092388 A JP 27092388A JP H086587 B2 JPH086587 B2 JP H086587B2
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- control valve
- auxiliary combustion
- auxiliary
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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
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its 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
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
- F02B19/165—The shape or construction of the pre-combustion chambers is specially adapted to be formed, at least in part, of ceramic material
-
- 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
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関における副燃焼室式断熱エンジ
ンに関する。
ンに関する。
従来、内燃機関における副燃焼室の断熱構造につい
て、実開昭59−21024号公報に開示されたものがある。
該副燃焼室は、シリンダヘッドに渦流室燃焼室を有し、
該渦流室燃焼室の燃焼室体の全体をセラミック材で形成
すると共に、該セラミック材の燃焼室体と該シリンダヘ
ッドとの嵌合部の大部分に空気層を形成し、更に該燃焼
室体とシリンダヘッドとの嵌合部のシリンダ側端部をシ
ール材でガスシールし、且つ該燃焼室体とその挿入機器
との挿入部もシール材でガスシールしたものである。
て、実開昭59−21024号公報に開示されたものがある。
該副燃焼室は、シリンダヘッドに渦流室燃焼室を有し、
該渦流室燃焼室の燃焼室体の全体をセラミック材で形成
すると共に、該セラミック材の燃焼室体と該シリンダヘ
ッドとの嵌合部の大部分に空気層を形成し、更に該燃焼
室体とシリンダヘッドとの嵌合部のシリンダ側端部をシ
ール材でガスシールし、且つ該燃焼室体とその挿入機器
との挿入部もシール材でガスシールしたものである。
また、内燃機関の副室構造、特に副室セラミック材で
画成し機関の熱効率、副室の耐熱性、耐久性を高めた副
室構造は、例えば、特開昭61−123714号公報に開示され
ている。該副室構造は、上部セラミック体と該上部セラ
ミック体に衝合される下部セラミック体とよりなり、上
部セラミック体と下部セラミック体の外周に金属製の環
状リングを嵌着し、上部セラミック体と下部セラミック
体の衝合面に対応する環状リングの内周面に環状の凹部
を設けたものである。
画成し機関の熱効率、副室の耐熱性、耐久性を高めた副
室構造は、例えば、特開昭61−123714号公報に開示され
ている。該副室構造は、上部セラミック体と該上部セラ
ミック体に衝合される下部セラミック体とよりなり、上
部セラミック体と下部セラミック体の外周に金属製の環
状リングを嵌着し、上部セラミック体と下部セラミック
体の衝合面に対応する環状リングの内周面に環状の凹部
を設けたものである。
更に、内周面がセラミック材料で形成された内燃機関
の副室は、例えば、特開昭60−212614号公報に開示され
ている。該内燃機関の副室は、略半球中空体のチャンバ
部と主室との連結穴を有する口金部とを各々違ったセラ
ミック材質の別体で構成し、断熱性セラミックスから成
る該チャンバ部のセラミックを金属で鋳ぐるむと共に、
鋳ぐるみ金属に円筒形突出部を同時形成して、内部に耐
熱性セラミックスから成る口金部のセラミックを焼嵌め
したものである。円筒形突出部の内部と口金部のセラミ
ックスとの間に一部断熱層が設けられている。
の副室は、例えば、特開昭60−212614号公報に開示され
ている。該内燃機関の副室は、略半球中空体のチャンバ
部と主室との連結穴を有する口金部とを各々違ったセラ
ミック材質の別体で構成し、断熱性セラミックスから成
る該チャンバ部のセラミックを金属で鋳ぐるむと共に、
鋳ぐるみ金属に円筒形突出部を同時形成して、内部に耐
熱性セラミックスから成る口金部のセラミックを焼嵌め
したものである。円筒形突出部の内部と口金部のセラミ
ックスとの間に一部断熱層が設けられている。
一般に、断熱エンジンにおける燃焼では、エンジンの
断熱構造によって燃焼室からの熱エネルギーの放散がで
きないため、燃焼室壁面が高温となり、吸入効率の悪化
及び燃焼スピードの悪化が生じる。吸入効率の悪化につ
いては、吸入空気が燃焼室壁面から受熱して膨張し、空
気が燃焼室に吸入し難くなるからであり、吸入効率の低
減を防止するため、吸入空気が燃焼室壁面或いは吸気ポ
ート壁面から受熱しないように構成するかの課題があ
る。また、燃焼スピードの悪化については、吸入空気の
温度の上昇し過ぎによって燃料の着火遅れ時間が短縮す
ることにより、燃焼スピードの悪化を防止するため、如
何にして吸入空気の温度上昇を抑え、燃料の着火遅れ時
間を望ましい期間にするかの課題がある。更に、燃料の
高温燃焼化は、空気過剰率を２〜1.5程度に抑制し、余
り一気に希薄にせずに混合気を高温燃焼させ、ピストン
の下降運動に伴って一気に温度を低下させ、スモーク、
NOX等の放出物の低減化を図ることができる。
断熱構造によって燃焼室からの熱エネルギーの放散がで
きないため、燃焼室壁面が高温となり、吸入効率の悪化
及び燃焼スピードの悪化が生じる。吸入効率の悪化につ
いては、吸入空気が燃焼室壁面から受熱して膨張し、空
気が燃焼室に吸入し難くなるからであり、吸入効率の低
減を防止するため、吸入空気が燃焼室壁面或いは吸気ポ
ート壁面から受熱しないように構成するかの課題があ
る。また、燃焼スピードの悪化については、吸入空気の
温度の上昇し過ぎによって燃料の着火遅れ時間が短縮す
ることにより、燃焼スピードの悪化を防止するため、如
何にして吸入空気の温度上昇を抑え、燃料の着火遅れ時
間を望ましい期間にするかの課題がある。更に、燃料の
高温燃焼化は、空気過剰率を２〜1.5程度に抑制し、余
り一気に希薄にせずに混合気を高温燃焼させ、ピストン
の下降運動に伴って一気に温度を低下させ、スモーク、
NOX等の放出物の低減化を図ることができる。
この発明の目的は、上記の問題を解決することであ
り、主燃焼室と蓄熱及び断熱機能を有する副燃焼室とを
設け、主燃焼室と副燃焼室との連通状態を遮断できる制
御バルブを設け、制御バルブの作動を最も好ましい時期
に開閉制御して吸入効率の悪化を防止し、燃焼スピード
の悪化を防止し、副燃焼室の蓄熱構造によりスモーク発
生温度ゾーンでの燃焼時間を短時間にして高温燃焼させ
ると共に、前記主燃焼室への吸入効率の低減を防止して
NOX発生温度ゾーンでの燃焼を避けてスモーク及びNOXの
発生を防止することを特徴とする副燃焼室式断熱エンジ
ンを提供することである。
り、主燃焼室と蓄熱及び断熱機能を有する副燃焼室とを
設け、主燃焼室と副燃焼室との連通状態を遮断できる制
御バルブを設け、制御バルブの作動を最も好ましい時期
に開閉制御して吸入効率の悪化を防止し、燃焼スピード
の悪化を防止し、副燃焼室の蓄熱構造によりスモーク発
生温度ゾーンでの燃焼時間を短時間にして高温燃焼させ
ると共に、前記主燃焼室への吸入効率の低減を防止して
NOX発生温度ゾーンでの燃焼を避けてスモーク及びNOXの
発生を防止することを特徴とする副燃焼室式断熱エンジ
ンを提供することである。
この発明の別の目的は、副燃焼室に吹き込まれる空気
に良好なスワールを発生させ、しかも蓄熱構造を向上さ
せる前記副燃焼室の構造を提供し、また、主燃焼室と副
燃焼室との連絡孔に配設した制御バルブの摺動不良を防
止し、更に該制御バルブを電磁力で制御可能に構成し、
エンジンの作動行程とは独立して前記制御バルブの作動
を行うことができるように構成した副燃焼室式断熱エン
ジンを提供することである。
に良好なスワールを発生させ、しかも蓄熱構造を向上さ
せる前記副燃焼室の構造を提供し、また、主燃焼室と副
燃焼室との連絡孔に配設した制御バルブの摺動不良を防
止し、更に該制御バルブを電磁力で制御可能に構成し、
エンジンの作動行程とは独立して前記制御バルブの作動
を行うことができるように構成した副燃焼室式断熱エン
ジンを提供することである。
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、主燃焼室を構成する
シリンダを備えたシリンダブロック、該シリンダブロッ
クに固定され且つ吸排気バルブを配置した吸排気ポート
を形成したシリンダヘッド、前記シリンダ内を往復運動
するピストン、前記シリンダヘッドに形成された断熱構
造に構成された副燃焼室、前記副燃焼室内に噴孔を開口
する燃料噴射ノズル、前記副燃焼室と前記主燃焼室とを
連通する断熱壁体で構成した連絡孔、及び前記連絡孔を
開閉するため前記シリンダヘッドに設けた制御バルブを
具備し、排気行程で前記副燃焼室内の残留ガスが低減し
て排気ガス圧力が低い状態になった排気行程終わり付近
で前記副燃焼室と前記主燃焼室との連絡を遮断するため
前記制御バルブで前記連絡孔を閉鎖し、吸入行程では前
記副燃焼室からの熱による吸入空気の加熱を抑制するた
め前記制御バルブによる前記連絡孔の閉鎖状態を維持
し、圧縮行程終わり近くで前記制御バルブを作動して前
記連絡孔を開放して前記主燃焼室から前記副燃焼室へ吸
入空気一気に吸入させ、該吸入空気へ前記副燃焼室の壁
面から熱を与えて吸入空気を膨張させ、そこで該吸入空
気と前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料とを混合さ
せて高温燃焼させて膨張行程で前記ピストンに仕事をさ
せ、次いで前記連絡孔を開放した状態で排気行程を行う
ことを特徴とする副燃焼室式断熱エンジンに関する。
成されている。即ち、この発明は、主燃焼室を構成する
シリンダを備えたシリンダブロック、該シリンダブロッ
クに固定され且つ吸排気バルブを配置した吸排気ポート
を形成したシリンダヘッド、前記シリンダ内を往復運動
するピストン、前記シリンダヘッドに形成された断熱構
造に構成された副燃焼室、前記副燃焼室内に噴孔を開口
する燃料噴射ノズル、前記副燃焼室と前記主燃焼室とを
連通する断熱壁体で構成した連絡孔、及び前記連絡孔を
開閉するため前記シリンダヘッドに設けた制御バルブを
具備し、排気行程で前記副燃焼室内の残留ガスが低減し
て排気ガス圧力が低い状態になった排気行程終わり付近
で前記副燃焼室と前記主燃焼室との連絡を遮断するため
前記制御バルブで前記連絡孔を閉鎖し、吸入行程では前
記副燃焼室からの熱による吸入空気の加熱を抑制するた
め前記制御バルブによる前記連絡孔の閉鎖状態を維持
し、圧縮行程終わり近くで前記制御バルブを作動して前
記連絡孔を開放して前記主燃焼室から前記副燃焼室へ吸
入空気一気に吸入させ、該吸入空気へ前記副燃焼室の壁
面から熱を与えて吸入空気を膨張させ、そこで該吸入空
気と前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料とを混合さ
せて高温燃焼させて膨張行程で前記ピストンに仕事をさ
せ、次いで前記連絡孔を開放した状態で排気行程を行う
ことを特徴とする副燃焼室式断熱エンジンに関する。
また、前記制御バルブの開放時期を、圧縮行程の終わ
り上死点前のクランク角30゜〜40゜から排気行程終端上
死点前のクランク角40゜〜50゜までの期間に設定したも
のである。
り上死点前のクランク角30゜〜40゜から排気行程終端上
死点前のクランク角40゜〜50゜までの期間に設定したも
のである。
また、前記制御バルブを前記連絡孔の形成壁面を貫通
して前記副燃焼室から隔地状態に配置した。
して前記副燃焼室から隔地状態に配置した。
また、前記副燃焼室を前記シリンダのほぼ中央部位に
対応する前記シリンダヘッドに配置し、前記制御バルブ
を前記副燃焼室の中央を貫通して配設し、前記制御バル
ブの外周面に断熱層を被覆したものである。
対応する前記シリンダヘッドに配置し、前記制御バルブ
を前記副燃焼室の中央を貫通して配設し、前記制御バル
ブの外周面に断熱層を被覆したものである。
また、前記燃料噴射ノズルを多噴孔に形成し、前記副
燃焼室の形状をスワール生成の前記連絡孔が開口する面
を円筒面部分に形成して前記円筒面部分の両側を球面部
分に形成したものである。
燃焼室の形状をスワール生成の前記連絡孔が開口する面
を円筒面部分に形成して前記円筒面部分の両側を球面部
分に形成したものである。
また、前記副燃焼室、前記連絡孔及び前記制御バルブ
のガイド孔とバルブシートとを形成した副燃焼室本体を
セラミック材で一体構造に構成したものである。
のガイド孔とバルブシートとを形成した副燃焼室本体を
セラミック材で一体構造に構成したものである。
また、前記制御バルブのセラミック製下部バルブステ
ムに磁性材製上部バルブステムを接合し、前記上部バル
ブステムに対して電磁コイルを配設し、前記電磁コイル
を制御して前記制御バルブの開閉作動を制御したもので
ある。
ムに磁性材製上部バルブステムを接合し、前記上部バル
ブステムに対して電磁コイルを配設し、前記電磁コイル
を制御して前記制御バルブの開閉作動を制御したもので
ある。
また、前記制御バルブのセラミック製下部バルブステ
ムに磁性材製上部バルブステムを接合し、前記上部バル
ブステムに対して電磁コイルを配設し、前記下部バルブ
ステムと前記上部バルブステムとの接合点を利用して位
置センサーによって前記制御バルブの位置を検出し、前
記制御バルブの開閉作動をエンジン回転数及びエンジン
負荷に応じて制御したものである。
ムに磁性材製上部バルブステムを接合し、前記上部バル
ブステムに対して電磁コイルを配設し、前記下部バルブ
ステムと前記上部バルブステムとの接合点を利用して位
置センサーによって前記制御バルブの位置を検出し、前
記制御バルブの開閉作動をエンジン回転数及びエンジン
負荷に応じて制御したものである。
この発明による副燃焼室式断熱エンジンは、以上のよ
うに構成されており、次のように作用する。即ち、この
副燃焼室式断熱エンジンは、主燃焼室と断熱構造の副燃
焼室との連通状態を開閉する制御バルブを設け、前記制
御バルブの開閉制御によって前記副燃焼室でほとんどの
燃焼を行わせ、該副燃焼室の断熱壁で放熱を遮断して放
熱量を低減すると共に、吸入行程時には前記制御バルブ
で前記主燃焼室と前記副燃焼室との連通状態を遮断し、
吸入空気に対して前記副燃焼室の高温部の影響を遮断し
て、吸入空気の受熱を抑制し、該吸入空気の熱膨張を抑
制して吸入効率の低減を防止し、また、圧縮行程終わり
近くで前記制御バルブを開放して吸入空気を前記副燃焼
室に急速に流入させ、前記副燃焼室の壁面及び燃焼ガス
によって該吸入空気に熱を与えて急速に膨張させ、次い
で高温燃焼を行わせ、排気行程に移行させると共に、更
に、前記副燃焼室に吹き込まれる吸入空気が前記副燃焼
室の壁面及び燃焼ガスから受熱するので、前記副燃焼室
にて短時間に温度上昇する共に燃料噴射ノズルから噴霧
される燃料と空気との混合を速やかに実行させて燃料当
量比を直ちにリッチ状態にでき、燃料と空気との燃料当
量比と燃焼温度とで決定されるスモーク発生温度ゾーン
での燃焼を直ちにクリアしてスモークの発生しない高温
燃焼を達成させ、次いで、火炎が前記副燃焼室から前記
主燃焼室へとスワールとして吹き出されるが、前記副燃
焼室の熱影響を受けないから、前記主燃焼室の温度は吸
入空気に追従性が良く、従って、導入される空気の吸入
効率は低減されないので、燃料当量比が急激に低くなる
と共に、燃焼温度も低下するので、燃料当量比と燃焼温
度とで決定されるNOX発生温度ゾーンでの燃焼を避ける
ことができる。
うに構成されており、次のように作用する。即ち、この
副燃焼室式断熱エンジンは、主燃焼室と断熱構造の副燃
焼室との連通状態を開閉する制御バルブを設け、前記制
御バルブの開閉制御によって前記副燃焼室でほとんどの
燃焼を行わせ、該副燃焼室の断熱壁で放熱を遮断して放
熱量を低減すると共に、吸入行程時には前記制御バルブ
で前記主燃焼室と前記副燃焼室との連通状態を遮断し、
吸入空気に対して前記副燃焼室の高温部の影響を遮断し
て、吸入空気の受熱を抑制し、該吸入空気の熱膨張を抑
制して吸入効率の低減を防止し、また、圧縮行程終わり
近くで前記制御バルブを開放して吸入空気を前記副燃焼
室に急速に流入させ、前記副燃焼室の壁面及び燃焼ガス
によって該吸入空気に熱を与えて急速に膨張させ、次い
で高温燃焼を行わせ、排気行程に移行させると共に、更
に、前記副燃焼室に吹き込まれる吸入空気が前記副燃焼
室の壁面及び燃焼ガスから受熱するので、前記副燃焼室
にて短時間に温度上昇する共に燃料噴射ノズルから噴霧
される燃料と空気との混合を速やかに実行させて燃料当
量比を直ちにリッチ状態にでき、燃料と空気との燃料当
量比と燃焼温度とで決定されるスモーク発生温度ゾーン
での燃焼を直ちにクリアしてスモークの発生しない高温
燃焼を達成させ、次いで、火炎が前記副燃焼室から前記
主燃焼室へとスワールとして吹き出されるが、前記副燃
焼室の熱影響を受けないから、前記主燃焼室の温度は吸
入空気に追従性が良く、従って、導入される空気の吸入
効率は低減されないので、燃料当量比が急激に低くなる
と共に、燃焼温度も低下するので、燃料当量比と燃焼温
度とで決定されるNOX発生温度ゾーンでの燃焼を避ける
ことができる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記制御バル
ブの開放時期を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク
角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクランク角40
゜〜50゜までの期間に設定することによって、圧縮行程
の上記時期で前記制御バルブが開放するので、圧縮行程
開始時からの前記副燃焼室分の圧縮損失を受けることが
なく、前記制御バルブの開放と同時に前記主燃焼室内の
圧縮空気が前記副燃焼室へ急速に流入され、しかも前記
副燃焼室内に残留するガスエネルギーを燃焼に利用で
き、吸入空気は急速に加熱され、急速に圧力上昇し、次
いで燃料が噴射されて急速に高温燃焼することができ、
また、排気行程の上記時期で前記制御バルブが閉鎖する
ので、排気圧力が最も低く、前記副燃焼室内の残留ガス
をできるだけ少なくでき、吸入行程では前記制御バルブ
が閉鎖しているので、前記副燃焼室の高温部に吸入空気
が触れることがなく、吸入効率が低下し難く、且つ圧縮
行程では吸入空気の熱膨張が抑制され、仕事量が減少す
る。
ブの開放時期を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク
角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクランク角40
゜〜50゜までの期間に設定することによって、圧縮行程
の上記時期で前記制御バルブが開放するので、圧縮行程
開始時からの前記副燃焼室分の圧縮損失を受けることが
なく、前記制御バルブの開放と同時に前記主燃焼室内の
圧縮空気が前記副燃焼室へ急速に流入され、しかも前記
副燃焼室内に残留するガスエネルギーを燃焼に利用で
き、吸入空気は急速に加熱され、急速に圧力上昇し、次
いで燃料が噴射されて急速に高温燃焼することができ、
また、排気行程の上記時期で前記制御バルブが閉鎖する
ので、排気圧力が最も低く、前記副燃焼室内の残留ガス
をできるだけ少なくでき、吸入行程では前記制御バルブ
が閉鎖しているので、前記副燃焼室の高温部に吸入空気
が触れることがなく、吸入効率が低下し難く、且つ圧縮
行程では吸入空気の熱膨張が抑制され、仕事量が減少す
る。
更に、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼室
を断熱構造に構成してシリンダのほぼ中央部位のシリン
ダヘッドに配置し、前記制御バルブを前記副燃焼室の中
央を貫通して配置したので、前記制御バルブの開放時
に、前記主燃焼室から前記制御バルブのバルブヘッドの
回りから前記副燃焼室内に吹き込まれる吸入空気が、良
好なスワールを前記制御バルブのバルブステムの回りに
発生させることができ、また、前記制御バルブが熱流に
晒されるため、前記制御バルブの外周面を断熱層で被覆
して耐熱性を持たせることによって、前記副燃焼室内を
高温化し、且つ前記副燃焼室の壁面及び燃焼ガスによっ
て吸入空気が加熱されるのを防止できる。
を断熱構造に構成してシリンダのほぼ中央部位のシリン
ダヘッドに配置し、前記制御バルブを前記副燃焼室の中
央を貫通して配置したので、前記制御バルブの開放時
に、前記主燃焼室から前記制御バルブのバルブヘッドの
回りから前記副燃焼室内に吹き込まれる吸入空気が、良
好なスワールを前記制御バルブのバルブステムの回りに
発生させることができ、また、前記制御バルブが熱流に
晒されるため、前記制御バルブの外周面を断熱層で被覆
して耐熱性を持たせることによって、前記副燃焼室内を
高温化し、且つ前記副燃焼室の壁面及び燃焼ガスによっ
て吸入空気が加熱されるのを防止できる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼室
を円筒面部分と該円筒面部分両側の球面部分とで形成
し、前記副燃焼室に配置した燃料噴射ノズルを多噴孔に
形成し、噴霧を前記円筒面部分でほぼ均一になるように
形成するが、前記副燃焼室の中心部の流速が速く、スワ
ールスピードが大きく、火炎が中心部に集中し易いの
で、該噴孔の配置を中心部に大噴孔を且つ外周部に小噴
孔を配設することによって、中心部に燃料を多く噴霧さ
せて、空気過剰率を均一にすることを可能にし、また、
好ましくは、スワール流線に沿って前記副燃焼室の内壁
面を凹凸形状に構成することによって、スワールを高流
速として空気と燃料の混合を良好にし且つ壁面からの熱
を十分に奪うことができる。
を円筒面部分と該円筒面部分両側の球面部分とで形成
し、前記副燃焼室に配置した燃料噴射ノズルを多噴孔に
形成し、噴霧を前記円筒面部分でほぼ均一になるように
形成するが、前記副燃焼室の中心部の流速が速く、スワ
ールスピードが大きく、火炎が中心部に集中し易いの
で、該噴孔の配置を中心部に大噴孔を且つ外周部に小噴
孔を配設することによって、中心部に燃料を多く噴霧さ
せて、空気過剰率を均一にすることを可能にし、また、
好ましくは、スワール流線に沿って前記副燃焼室の内壁
面を凹凸形状に構成することによって、スワールを高流
速として空気と燃料の混合を良好にし且つ壁面からの熱
を十分に奪うことができる。
更に、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼
室、前記連絡孔、及び前記制御バルブのガイド孔とバル
ブシートを形成した副燃焼室本体をセラミック材で一体
構造に構成し、前記副燃焼室本体を断熱シートを介して
シリンダヘッドに配置したので、前記副燃焼室を極めて
好ましい蓄熱構造に構成でき、上記のことより吸入効率
の悪化が発生せず、また、耐熱性を要する前記制御バル
ブを前記副燃焼室本体と同一のセラミック材で形成して
温度分布の均一化を図ることができ、前記制御バルブの
バルブステムとガイド孔との間の初期状態のクリアラン
スを保つことができ、エンジンの作動時に温度差による
摺動不良を防止でき、前記制御バルブの摺動運動をスム
ースに行わせる。
室、前記連絡孔、及び前記制御バルブのガイド孔とバル
ブシートを形成した副燃焼室本体をセラミック材で一体
構造に構成し、前記副燃焼室本体を断熱シートを介して
シリンダヘッドに配置したので、前記副燃焼室を極めて
好ましい蓄熱構造に構成でき、上記のことより吸入効率
の悪化が発生せず、また、耐熱性を要する前記制御バル
ブを前記副燃焼室本体と同一のセラミック材で形成して
温度分布の均一化を図ることができ、前記制御バルブの
バルブステムとガイド孔との間の初期状態のクリアラン
スを保つことができ、エンジンの作動時に温度差による
摺動不良を防止でき、前記制御バルブの摺動運動をスム
ースに行わせる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼
室、前記連絡孔及び前記制御バルブのガイド孔の連絡孔
に制御バルブを設け、前記制御バルブのセラミック材か
ら成る下部バルブステムと磁性材料から成る上部バルブ
ステムとを接合して、前記制御バルブを軽量に形成する
と共に、前記上部バルブステムに対して電磁コイルを配
設して前記制御バルブを電磁力で作動できるように構成
し、また、前記制御バルブをエンジンの作動に対応した
カム機構によって作動せず、電磁力で作動することによ
って、エンジンの作動行程とは独立して、前記電磁コイ
ルに流れる電流を制御して前記制御バルブのバルブリフ
トを制御でき、例えば、エンジン回転数及びエンジン負
荷の検出値に応じて前記電磁コイルを制御して前記制御
バルブのバルブリフトを制御できる。
室、前記連絡孔及び前記制御バルブのガイド孔の連絡孔
に制御バルブを設け、前記制御バルブのセラミック材か
ら成る下部バルブステムと磁性材料から成る上部バルブ
ステムとを接合して、前記制御バルブを軽量に形成する
と共に、前記上部バルブステムに対して電磁コイルを配
設して前記制御バルブを電磁力で作動できるように構成
し、また、前記制御バルブをエンジンの作動に対応した
カム機構によって作動せず、電磁力で作動することによ
って、エンジンの作動行程とは独立して、前記電磁コイ
ルに流れる電流を制御して前記制御バルブのバルブリフ
トを制御でき、例えば、エンジン回転数及びエンジン負
荷の検出値に応じて前記電磁コイルを制御して前記制御
バルブのバルブリフトを制御できる。
以下、図面を参照して、この発明による副燃焼室式断
熱エンジンの実施例を詳述する。まず、第１図を参照し
て、この発明による副燃焼室式断熱エンジンの一実施例
について説明する。
熱エンジンの実施例を詳述する。まず、第１図を参照し
て、この発明による副燃焼室式断熱エンジンの一実施例
について説明する。
この副燃焼室式断熱エンジンは、ピストン11及び吸排
気バルブ（図では、吸気バルブ７を示す）を備えた往復
動エンジンであり、主燃焼室１と副燃焼室２とから構成
されている。主燃焼室１と副燃焼室２とは、断熱構造に
構成されているが、該断熱構造については一例を示すの
みであり、図示のものに限定されるものではない。シリ
ンダブロック４に断熱ガスケット18を介してシリンダヘ
ッド３が固定されている。シリンダブロック４のシリン
ダ５には、断熱壁から成るシリンダライナ６が嵌合して
いる。シリンダヘッド３の下面には、断熱壁から成るヘ
ッド下面部20が固定されている。主燃焼室１は、ヘッド
下面部20、シリンダライナ６、及び断熱壁から成るピス
トンヘッド上面部12から構成される。主燃焼室１の形成
壁面となるシリンダヘッド３には、断熱壁22によって連
絡孔９が形成され、且つバルブシート14（図では、吸気
バルブ７側を示す）が形成され、バルブシート14に吸気
バルブ７及び排気バルブが配設されている。シリンダヘ
ッド３のヘッド下面部20には連絡孔９が開口し、連絡孔
９が主燃焼室１と副燃焼室２とを連通している。副燃焼
室２は、シリンダヘッド３に埋め込んだ断熱壁15によっ
て断熱構造に構成され、且つ多噴孔16を備えた燃料噴射
ノズル10が配設されている。
気バルブ（図では、吸気バルブ７を示す）を備えた往復
動エンジンであり、主燃焼室１と副燃焼室２とから構成
されている。主燃焼室１と副燃焼室２とは、断熱構造に
構成されているが、該断熱構造については一例を示すの
みであり、図示のものに限定されるものではない。シリ
ンダブロック４に断熱ガスケット18を介してシリンダヘ
ッド３が固定されている。シリンダブロック４のシリン
ダ５には、断熱壁から成るシリンダライナ６が嵌合して
いる。シリンダヘッド３の下面には、断熱壁から成るヘ
ッド下面部20が固定されている。主燃焼室１は、ヘッド
下面部20、シリンダライナ６、及び断熱壁から成るピス
トンヘッド上面部12から構成される。主燃焼室１の形成
壁面となるシリンダヘッド３には、断熱壁22によって連
絡孔９が形成され、且つバルブシート14（図では、吸気
バルブ７側を示す）が形成され、バルブシート14に吸気
バルブ７及び排気バルブが配設されている。シリンダヘ
ッド３のヘッド下面部20には連絡孔９が開口し、連絡孔
９が主燃焼室１と副燃焼室２とを連通している。副燃焼
室２は、シリンダヘッド３に埋め込んだ断熱壁15によっ
て断熱構造に構成され、且つ多噴孔16を備えた燃料噴射
ノズル10が配設されている。
シリンダライナ６を構成する断熱壁及びシリンダヘッ
ド３のヘッド下面部20を構成する断熱壁は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材から構成
されている。ヘッド下面部20はシリンダヘッド３の下面
に対して、直接的に接合又は化学蒸着等によってコーテ
ィングして、又は断熱材48、断熱空気層49等を介して固
定して形成されている。副燃焼室２は、蓄熱及び断熱が
できる構造に構成されている。副燃焼室２を形成する断
熱壁15及び連絡孔９が形成する断熱壁22は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材から構成
され、シリンダヘッド３に直接的に埋め込み、好ましく
は、シリンダヘッド３に断熱材、断熱空気層等を介在し
て固定して形成されている。更に、ピストン11における
ピストンヘッド上面部12を形成する断熱壁は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材を、直接
的に接合又は化学蒸着等によってコーティングし、又は
断熱材等を介して固定して形成されている。また、ピス
トン11のピストンリング溝23には、例えば、セラミック
材等から成るピストンリング21が嵌入される。吸気バル
ブ７及び排気バルブは、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素
（SiC）等のセラミック材等から製作されている。一般
に、上記のように構成されている断熱エンジンでは、燃
焼に関して、断熱による熱エネルギーの放散ができない
ため、燃焼室の壁面及び該内部が高温状態になり、吸入
行程における吸入効率の悪化、及び燃焼スピードの悪化
が生じる。
ド３のヘッド下面部20を構成する断熱壁は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材から構成
されている。ヘッド下面部20はシリンダヘッド３の下面
に対して、直接的に接合又は化学蒸着等によってコーテ
ィングして、又は断熱材48、断熱空気層49等を介して固
定して形成されている。副燃焼室２は、蓄熱及び断熱が
できる構造に構成されている。副燃焼室２を形成する断
熱壁15及び連絡孔９が形成する断熱壁22は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材から構成
され、シリンダヘッド３に直接的に埋め込み、好ましく
は、シリンダヘッド３に断熱材、断熱空気層等を介在し
て固定して形成されている。更に、ピストン11における
ピストンヘッド上面部12を形成する断熱壁は、窒化珪素
（Si3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材を、直接
的に接合又は化学蒸着等によってコーティングし、又は
断熱材等を介して固定して形成されている。また、ピス
トン11のピストンリング溝23には、例えば、セラミック
材等から成るピストンリング21が嵌入される。吸気バル
ブ７及び排気バルブは、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素
（SiC）等のセラミック材等から製作されている。一般
に、上記のように構成されている断熱エンジンでは、燃
焼に関して、断熱による熱エネルギーの放散ができない
ため、燃焼室の壁面及び該内部が高温状態になり、吸入
行程における吸入効率の悪化、及び燃焼スピードの悪化
が生じる。
そこで、この副燃焼室式断熱エンジンでは、上記の断
熱エンジンにおける吸入効率の悪化、及び燃焼スピード
の悪化を取り除くために、次のように構成されている。
熱エンジンにおける吸入効率の悪化、及び燃焼スピード
の悪化を取り除くために、次のように構成されている。
この副燃焼室式断熱エンジンは、主燃焼室１と副燃焼
室２とを連通する断熱構造の連絡孔９に第３のバルブで
ある制御バルブ８を配設したことである。この場合に、
制御バルブ８は、好ましくは、窒化珪素（Si3N4）、炭
化珪素（SiC）等のセラミック材等から製作する。該制
御バルブ８は、連絡孔９を形成する断熱壁22を貫通し、
且つ副燃焼室２から隔置して配設され、シリンダヘッド
３のヘッド下面部20に形成したバルブシート19に制御バ
ルブ８のバルブフェースが配設されている。制御バルブ
８は、主燃焼室１と副燃焼室２とを連通状態或いは遮断
状態にするため、カム機構或いは電磁力によって制御バ
ルブ８を上下運動させて連絡孔８を開閉するものであ
る。制御バルブ８に対向する部位に位置するピストン11
のピストンヘッド上面には、制御バルブ８の開閉作動を
妨げないように、凹み形状のバルブ逃げ部17が形成され
ている。
室２とを連通する断熱構造の連絡孔９に第３のバルブで
ある制御バルブ８を配設したことである。この場合に、
制御バルブ８は、好ましくは、窒化珪素（Si3N4）、炭
化珪素（SiC）等のセラミック材等から製作する。該制
御バルブ８は、連絡孔９を形成する断熱壁22を貫通し、
且つ副燃焼室２から隔置して配設され、シリンダヘッド
３のヘッド下面部20に形成したバルブシート19に制御バ
ルブ８のバルブフェースが配設されている。制御バルブ
８は、主燃焼室１と副燃焼室２とを連通状態或いは遮断
状態にするため、カム機構或いは電磁力によって制御バ
ルブ８を上下運動させて連絡孔８を開閉するものであ
る。制御バルブ８に対向する部位に位置するピストン11
のピストンヘッド上面には、制御バルブ８の開閉作動を
妨げないように、凹み形状のバルブ逃げ部17が形成され
ている。
次に、第１図、第７図及び第８図を参照して、制御バ
ルブ８の開閉制御を説明する。第７図はこの副燃焼室式
断熱エンジンのＰ−Ｖ線図であり、第８図はこの副燃焼
室式断熱エンジンの作動行程と制御バルブ８の開閉作動
との関係を示す線図である。制御バルブ８の開閉制御
は、主として、エンジンの圧縮行程終わり近くで連絡孔
９を開放して主燃焼室１と副燃焼室２とを連通状態に
し、また、吸入行程時に連絡孔９を閉鎖して主燃焼室１
と副燃焼室２とを遮断状態にするものである。即ち、制
御バルブ８の開放時期は、圧縮行程の終わり上死点前の
クランク角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクラ
ンク角40゜〜50゜までの期間に設定する。しかも、副燃
焼室２でほとんどの燃焼を行い、放熱は副燃焼室２を形
成する断熱壁15,22によって遮断し、放熱量を低減して
副燃焼室２内に蓄熱する。従って、吸入行程時には、制
御バルブ８は連絡孔９を閉鎖しているので、副燃焼室２
内に存在する燃焼ガスは、吸入行程時に主燃焼室１側へ
流出することないので、吸入空気に熱エネルギーを与え
ることがなく、吸入空気の加熱は少なくなり、吸入空気
の膨張はなく、主燃焼室１内のスムースに流入させるこ
とができ、吸入効率が悪化することがない。また、制御
バルブ８は、圧縮行程終わり付近で開放されて連絡孔９
を連通状態にする。なお、圧縮行程の開始時に、制御バ
ルブ８を開放して副燃焼室２を連通すると、副燃焼室２
の容積分だけ圧縮行程で圧縮損失が発生するので、上記
の開放時期が好ましいことになる。それ故に、主燃焼室
１の圧縮された吸入空気は、副燃焼室２へ急速に流れ込
み、副燃焼室２及び連絡孔９の壁面、並びに残留した燃
焼ガスから熱を与えられ、加熱され、膨張して圧力上昇
する。第７図に示すＰ−Ｖ線図を参照すると、制御バル
ブ８の開放によって副燃焼室２分だけ容積Ｖが増大し且
つ圧力Ｐは減少するが、ここで、副燃焼室２内に壁面及
び残留ガスとして蓄熱された熱エネルギーが利用され、
その熱量分だけ圧力は上昇する。なお、Ｐ−Ｖ線図中、
はVA及びVMは、上死点における主燃焼室１に形成される
容積であり、例えば、VA＝40cc、VM＝40ccである。その
後、副燃焼室２内に燃料噴射ノズル10から燃料が噴射さ
れて高温燃焼し、理想的プロセスで排気行程に移行する
ことになる。また、排気行程の終端上死点前のクランク
角40゜〜50゜の時期で制御バルブ８が閉鎖するので、該
時期は排気圧力が最も低く、副燃焼室２内に残留する燃
焼ガスをできるだけ少なくでき、吸入行程では副燃焼室
２の高温部に吸入空気が触れることがない。従って、吸
入効率が低下し難く、圧縮行程では吸入空気の熱膨張が
抑制されるので、仕事量が減少するようになる。
ルブ８の開閉制御を説明する。第７図はこの副燃焼室式
断熱エンジンのＰ−Ｖ線図であり、第８図はこの副燃焼
室式断熱エンジンの作動行程と制御バルブ８の開閉作動
との関係を示す線図である。制御バルブ８の開閉制御
は、主として、エンジンの圧縮行程終わり近くで連絡孔
９を開放して主燃焼室１と副燃焼室２とを連通状態に
し、また、吸入行程時に連絡孔９を閉鎖して主燃焼室１
と副燃焼室２とを遮断状態にするものである。即ち、制
御バルブ８の開放時期は、圧縮行程の終わり上死点前の
クランク角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクラ
ンク角40゜〜50゜までの期間に設定する。しかも、副燃
焼室２でほとんどの燃焼を行い、放熱は副燃焼室２を形
成する断熱壁15,22によって遮断し、放熱量を低減して
副燃焼室２内に蓄熱する。従って、吸入行程時には、制
御バルブ８は連絡孔９を閉鎖しているので、副燃焼室２
内に存在する燃焼ガスは、吸入行程時に主燃焼室１側へ
流出することないので、吸入空気に熱エネルギーを与え
ることがなく、吸入空気の加熱は少なくなり、吸入空気
の膨張はなく、主燃焼室１内のスムースに流入させるこ
とができ、吸入効率が悪化することがない。また、制御
バルブ８は、圧縮行程終わり付近で開放されて連絡孔９
を連通状態にする。なお、圧縮行程の開始時に、制御バ
ルブ８を開放して副燃焼室２を連通すると、副燃焼室２
の容積分だけ圧縮行程で圧縮損失が発生するので、上記
の開放時期が好ましいことになる。それ故に、主燃焼室
１の圧縮された吸入空気は、副燃焼室２へ急速に流れ込
み、副燃焼室２及び連絡孔９の壁面、並びに残留した燃
焼ガスから熱を与えられ、加熱され、膨張して圧力上昇
する。第７図に示すＰ−Ｖ線図を参照すると、制御バル
ブ８の開放によって副燃焼室２分だけ容積Ｖが増大し且
つ圧力Ｐは減少するが、ここで、副燃焼室２内に壁面及
び残留ガスとして蓄熱された熱エネルギーが利用され、
その熱量分だけ圧力は上昇する。なお、Ｐ−Ｖ線図中、
はVA及びVMは、上死点における主燃焼室１に形成される
容積であり、例えば、VA＝40cc、VM＝40ccである。その
後、副燃焼室２内に燃料噴射ノズル10から燃料が噴射さ
れて高温燃焼し、理想的プロセスで排気行程に移行する
ことになる。また、排気行程の終端上死点前のクランク
角40゜〜50゜の時期で制御バルブ８が閉鎖するので、該
時期は排気圧力が最も低く、副燃焼室２内に残留する燃
焼ガスをできるだけ少なくでき、吸入行程では副燃焼室
２の高温部に吸入空気が触れることがない。従って、吸
入効率が低下し難く、圧縮行程では吸入空気の熱膨張が
抑制されるので、仕事量が減少するようになる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンの上記の作動行程
は、副燃焼室２に設置した燃料噴射ノズル10から噴霧さ
れる燃料の燃料当量比を直ちにリッチ状態にでき、制御
バルブ８の閉鎖によって副燃焼室２にはその壁面及び残
留ガスに蓄熱されているので、圧縮行程終わりに副燃焼
室２に流入する吸入空気は短時間で温度上昇し、燃料噴
霧と空気との混合が速やかに実行され、燃料と空気との
燃料当量比と燃焼温度とで決定されるスモーク発生温度
ゾーンでの燃焼を直ちにクリアして高温燃焼し、火炎が
副燃焼室２から主燃焼室１へスワールとして吹き出され
る。次いで、火炎が副燃焼室２から主燃焼室１に吹き出
されることによって、急激に燃料当量比が低下される。
吸入行程時は制御バルブ８が副燃焼室２を閉鎖している
ので、主燃焼室１の温度は吸入空気に追従性が良く、従
って、導入される空気の吸入効率は良好であるため、燃
料当量比は短時間に小さくなり且つ燃焼温度は低下する
ので、燃料当量比と燃焼温度とで決定されるNOX発生温
度ゾーンでの燃焼を避けることができる。従って、この
副燃焼室式断熱エンジンにおいて、副燃焼室２及び主燃
焼室１では、スモークの発生及びNOXの発生を避ける燃
焼を行わせることができ、スモーク及びNOXの低減を図
ることができる。
は、副燃焼室２に設置した燃料噴射ノズル10から噴霧さ
れる燃料の燃料当量比を直ちにリッチ状態にでき、制御
バルブ８の閉鎖によって副燃焼室２にはその壁面及び残
留ガスに蓄熱されているので、圧縮行程終わりに副燃焼
室２に流入する吸入空気は短時間で温度上昇し、燃料噴
霧と空気との混合が速やかに実行され、燃料と空気との
燃料当量比と燃焼温度とで決定されるスモーク発生温度
ゾーンでの燃焼を直ちにクリアして高温燃焼し、火炎が
副燃焼室２から主燃焼室１へスワールとして吹き出され
る。次いで、火炎が副燃焼室２から主燃焼室１に吹き出
されることによって、急激に燃料当量比が低下される。
吸入行程時は制御バルブ８が副燃焼室２を閉鎖している
ので、主燃焼室１の温度は吸入空気に追従性が良く、従
って、導入される空気の吸入効率は良好であるため、燃
料当量比は短時間に小さくなり且つ燃焼温度は低下する
ので、燃料当量比と燃焼温度とで決定されるNOX発生温
度ゾーンでの燃焼を避けることができる。従って、この
副燃焼室式断熱エンジンにおいて、副燃焼室２及び主燃
焼室１では、スモークの発生及びNOXの発生を避ける燃
焼を行わせることができ、スモーク及びNOXの低減を図
ることができる。
次に、第２図を参照して、この副燃焼室式断熱エンジ
ンの別の実施例を説明する。この副燃焼室式断熱エンジ
ンは、上記実施例と比較すると、副燃焼室の形状と配設
位置、制御バルブの配置位置及びピストンヘッドの形状
が相違する以外は、同一の構造を有しており、しかも、
制御バルブは上記実施例と同一の行動行程であり且つ同
一の機能を有しているので、同一の部品或いは同一の機
能を有する部品には同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。
ンの別の実施例を説明する。この副燃焼室式断熱エンジ
ンは、上記実施例と比較すると、副燃焼室の形状と配設
位置、制御バルブの配置位置及びピストンヘッドの形状
が相違する以外は、同一の構造を有しており、しかも、
制御バルブは上記実施例と同一の行動行程であり且つ同
一の機能を有しているので、同一の部品或いは同一の機
能を有する部品には同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。
第２図において、この副燃焼室式断熱エンジンは、副
燃焼室２をシリンダ５即ちシリンダライナ６のほぼ中央
に対向するシリンダヘッド３に配設し、該副燃焼室２の
中央部に制御バルブ８を配設し、更に副燃焼室２の両側
に形成した吸気ポート13及び排気ポート26に吸気バルブ
７及び排気バルブ24を配設したものである。また、ピス
トン11のピストンヘッド上面中央部に形成されたピスト
ン側燃焼室27に対向するように、制御バルブ８を配設
し、それによって、制御バルブ８の開閉作動を妨げない
ように構成できる。制御バルブ８は、副燃焼室２の断熱
壁15を貫通し、カム機構或いは電磁力によって上下方向
に往復運動するように設定されている。また、制御バル
ブ８は、チタン合金等のバルブ本体28及び該バルブ本体
28の外周面にジルコニア等をスパッタリングによって被
覆した断熱層25から形成したものである。この副燃焼室
式断熱エンジンは、上記のように構成されているので、
制御バルブ８の開放時に、主燃焼室１からの空気は、副
燃焼室２においてバルブステムの回りに良好なスワール
を形成するように吹き込まれる。また、制御バルブ８
は、熱流に晒されるが、制御バルブ本体28の外周面の断
熱層25で耐熱性を持たせることができ、副燃焼室２内を
高温化し、しかも主燃焼室１側へは熱流が阻止されるの
で、主燃焼室１で吸入空気が加熱されることは防止され
る。なお、制御バルブ８の開閉作動及びその作用は、上
記実施例のものと同様であるので、ここでは説明を省略
する。
燃焼室２をシリンダ５即ちシリンダライナ６のほぼ中央
に対向するシリンダヘッド３に配設し、該副燃焼室２の
中央部に制御バルブ８を配設し、更に副燃焼室２の両側
に形成した吸気ポート13及び排気ポート26に吸気バルブ
７及び排気バルブ24を配設したものである。また、ピス
トン11のピストンヘッド上面中央部に形成されたピスト
ン側燃焼室27に対向するように、制御バルブ８を配設
し、それによって、制御バルブ８の開閉作動を妨げない
ように構成できる。制御バルブ８は、副燃焼室２の断熱
壁15を貫通し、カム機構或いは電磁力によって上下方向
に往復運動するように設定されている。また、制御バル
ブ８は、チタン合金等のバルブ本体28及び該バルブ本体
28の外周面にジルコニア等をスパッタリングによって被
覆した断熱層25から形成したものである。この副燃焼室
式断熱エンジンは、上記のように構成されているので、
制御バルブ８の開放時に、主燃焼室１からの空気は、副
燃焼室２においてバルブステムの回りに良好なスワール
を形成するように吹き込まれる。また、制御バルブ８
は、熱流に晒されるが、制御バルブ本体28の外周面の断
熱層25で耐熱性を持たせることができ、副燃焼室２内を
高温化し、しかも主燃焼室１側へは熱流が阻止されるの
で、主燃焼室１で吸入空気が加熱されることは防止され
る。なお、制御バルブ８の開閉作動及びその作用は、上
記実施例のものと同様であるので、ここでは説明を省略
する。
次に、第３図を参照して、この副燃焼室式断熱エンジ
ンの更に別の実施例を説明する。この副燃焼室式断熱エ
ンジンは、第１図に示す実施例と比較すると、特に、副
燃焼室の形状に特徴を有するものであり、従って、副燃
焼室の構成を説明するため、該副燃焼室についてのみ図
示し、その他の構成は第１図に示す実施例と同一である
ので、図示を省略する。しかも、制御バルブは上記実施
例と同一の作動行程であり且つ同一の機能を有している
ので、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第
３図はこの副燃焼室式断熱エンジンにおける副燃焼室２
のみを示す斜視図である。第３図において、この副燃焼
室式断熱エンジンにおいて、副燃焼室２の形状は、連絡
孔９が開口する内面を円筒面部分29で形成し、且つ該円
筒面部分29の両端部を球面の一部の形状の球面部分30で
形成したものである。連絡孔９は、副燃焼室２内に吹き
込まれる空気がスワールを生成するように、副燃焼室２
の内面の円筒面部分29に対して傾斜して形成されてい
る。また、副燃焼室２に配置された燃料噴射ノズル10
は、多噴孔16に形成され、しかも、該噴孔16の配置を中
心部に大噴孔を且つ外周部に小噴孔を形成し、噴霧が副
燃焼室２内でほぼ均一になるように形成されている。即
ち、主燃焼室１からの流入空気は、副燃焼室２の中心部
の流速が速く、スワールスピードが大きく、火炎が中心
部に集中し易くなるが、燃料噴射ノズル10の噴孔を上記
のように構成して中心部に燃料を多く噴霧することによ
って、空気過剰率を均一にさせることができる。また、
副燃焼室２の内壁面の形状については、好ましくは、ス
ワールを高流速として空気と燃料の混合を良好にし且つ
断熱壁から熱を十分に奪うため、スワール流線Ａに沿っ
て該内周面を凹凸形状（図示せず）に形成することがで
きる。なお、制御バルブ８の開閉作動及びその作用は、
第１図に示す実施例のものと同様であるので、ここでは
それらの説明を省略する。
ンの更に別の実施例を説明する。この副燃焼室式断熱エ
ンジンは、第１図に示す実施例と比較すると、特に、副
燃焼室の形状に特徴を有するものであり、従って、副燃
焼室の構成を説明するため、該副燃焼室についてのみ図
示し、その他の構成は第１図に示す実施例と同一である
ので、図示を省略する。しかも、制御バルブは上記実施
例と同一の作動行程であり且つ同一の機能を有している
ので、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第
３図はこの副燃焼室式断熱エンジンにおける副燃焼室２
のみを示す斜視図である。第３図において、この副燃焼
室式断熱エンジンにおいて、副燃焼室２の形状は、連絡
孔９が開口する内面を円筒面部分29で形成し、且つ該円
筒面部分29の両端部を球面の一部の形状の球面部分30で
形成したものである。連絡孔９は、副燃焼室２内に吹き
込まれる空気がスワールを生成するように、副燃焼室２
の内面の円筒面部分29に対して傾斜して形成されてい
る。また、副燃焼室２に配置された燃料噴射ノズル10
は、多噴孔16に形成され、しかも、該噴孔16の配置を中
心部に大噴孔を且つ外周部に小噴孔を形成し、噴霧が副
燃焼室２内でほぼ均一になるように形成されている。即
ち、主燃焼室１からの流入空気は、副燃焼室２の中心部
の流速が速く、スワールスピードが大きく、火炎が中心
部に集中し易くなるが、燃料噴射ノズル10の噴孔を上記
のように構成して中心部に燃料を多く噴霧することによ
って、空気過剰率を均一にさせることができる。また、
副燃焼室２の内壁面の形状については、好ましくは、ス
ワールを高流速として空気と燃料の混合を良好にし且つ
断熱壁から熱を十分に奪うため、スワール流線Ａに沿っ
て該内周面を凹凸形状（図示せず）に形成することがで
きる。なお、制御バルブ８の開閉作動及びその作用は、
第１図に示す実施例のものと同様であるので、ここでは
それらの説明を省略する。
更に、第４図及び第５図を参照して、この発明による
副燃焼室式断熱エンジンの他の実施例を説明する。この
副燃焼室式断熱エンジンは、第１図に示す実施例と比較
すると、特に、副燃焼室の形状及び制御バルブの配置に
特徴を有するものであり、それらの点で相違する以外
は、同一の構造を有しており、しかも、制御バルブは第
１図に示す実施例と同一の作動行程であり且つ同一の機
能を有しているので、同一の部品或いは同一の機能を有
する部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。第４図はこの発明による副燃焼室式断熱エンジンの
他の実施例を示す断面図、及び第５図は第４図の線Ｖ−
Ｖにおける副燃焼室の断面図である。この副燃焼室式断
熱エンジンにおいて、副燃焼室２、連絡孔９、並びに制
御バルブ８のガイド孔31及びバルブシート32を形成した
副燃焼室本体33は、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（Si
C）等のセラミック材で一体構造に構成されている。こ
の副燃焼室本体33は、断熱構造をより一層完全に構成す
るため、断熱シート34を介してシリンダヘッド３に配置
されている。副燃焼室２及び制御バルブ８を上記のよう
に構成することによって、副燃焼室２を蓄熱構造に構成
でき、上記のように、吸入効率の悪化が発生せず、しか
も、耐熱性を要する制御バルブ８を副燃焼室本体33と同
一のセラミック材で形成して温度分布の均一化を図るこ
とができ、ガイド孔31と制御バルブ８のバルブステムと
の間の初期状態のクリアランスを保つことができ、エン
ジンの作動時に温度差による制御バルブ８の摺動不良を
防止でき、制御バルブ８の摺動をスムースに、レスポン
ス良好に且つ確実に行うことができる。また、この副燃
焼室本体33の製作については、副燃焼室２、連絡孔９、
バルブシート32及びガイド孔31が形成される部分に、プ
ラスチック等の材料を配置した状態で、副燃焼室本体33
を形成するセラミック素材を充填し、それを焼成するこ
とによってプラスチック等の材料をロストホーン（lost
furn.）でなくして副燃焼室本体33自体を形成すること
ができる。また、副燃焼室２の形状は、第３図に示す形
状に限定されるものではないが、図では、連絡孔９が開
口する内面を円筒面部分29で形成し、且つ該円筒面部分
29の両端部を球面の一部の形状の球面部分30で形成した
ものが示されている。連絡孔９は、副燃焼室２内に吹き
込まれる空気がスワールを生成するように、副燃焼室２
の内面の円筒面部分29に対して傾斜して形成されてい
る。
副燃焼室式断熱エンジンの他の実施例を説明する。この
副燃焼室式断熱エンジンは、第１図に示す実施例と比較
すると、特に、副燃焼室の形状及び制御バルブの配置に
特徴を有するものであり、それらの点で相違する以外
は、同一の構造を有しており、しかも、制御バルブは第
１図に示す実施例と同一の作動行程であり且つ同一の機
能を有しているので、同一の部品或いは同一の機能を有
する部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。第４図はこの発明による副燃焼室式断熱エンジンの
他の実施例を示す断面図、及び第５図は第４図の線Ｖ−
Ｖにおける副燃焼室の断面図である。この副燃焼室式断
熱エンジンにおいて、副燃焼室２、連絡孔９、並びに制
御バルブ８のガイド孔31及びバルブシート32を形成した
副燃焼室本体33は、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素（Si
C）等のセラミック材で一体構造に構成されている。こ
の副燃焼室本体33は、断熱構造をより一層完全に構成す
るため、断熱シート34を介してシリンダヘッド３に配置
されている。副燃焼室２及び制御バルブ８を上記のよう
に構成することによって、副燃焼室２を蓄熱構造に構成
でき、上記のように、吸入効率の悪化が発生せず、しか
も、耐熱性を要する制御バルブ８を副燃焼室本体33と同
一のセラミック材で形成して温度分布の均一化を図るこ
とができ、ガイド孔31と制御バルブ８のバルブステムと
の間の初期状態のクリアランスを保つことができ、エン
ジンの作動時に温度差による制御バルブ８の摺動不良を
防止でき、制御バルブ８の摺動をスムースに、レスポン
ス良好に且つ確実に行うことができる。また、この副燃
焼室本体33の製作については、副燃焼室２、連絡孔９、
バルブシート32及びガイド孔31が形成される部分に、プ
ラスチック等の材料を配置した状態で、副燃焼室本体33
を形成するセラミック素材を充填し、それを焼成するこ
とによってプラスチック等の材料をロストホーン（lost
furn.）でなくして副燃焼室本体33自体を形成すること
ができる。また、副燃焼室２の形状は、第３図に示す形
状に限定されるものではないが、図では、連絡孔９が開
口する内面を円筒面部分29で形成し、且つ該円筒面部分
29の両端部を球面の一部の形状の球面部分30で形成した
ものが示されている。連絡孔９は、副燃焼室２内に吹き
込まれる空気がスワールを生成するように、副燃焼室２
の内面の円筒面部分29に対して傾斜して形成されてい
る。
また、第６図を参照して、この発明による副燃焼室式
断熱エンジンの更に他の実施例を説明する。この副燃焼
室式断熱エンジンは、第４図に示す実施例と比較する
と、特に、制御バルブの構造及び作動手段の例を示す以
外は、同一の構成を有しており、従って、制御バルブの
構造及び作動手段を説明するため、その点についてのみ
図示し、その他の構成は第４図に示す実施例と同一であ
るので、図示を省略する。しかも、制御バルブは該実施
例と同一の作動行程であり且つ同一の機能を有している
ので、同一の部品或いは同一の機能を有する部品には同
一の符号を付し、重複する説明は省略する。第６図はこ
の発明による副燃焼室式断熱エンジンの更に他の実施例
を示す概略説明図である。この副燃焼室式断熱エンジン
において、副燃焼室本体33に形成したバルブガイド即ち
ガイド孔31に配置された制御バルブ８は、電磁力によっ
て作動されるものである。この制御バルブ８について
は、バルブヘッド40及び下部バルブステム41が窒化珪
素、炭化珪素等のセラミック材料から形成され、且つ上
部バルブステム35が珪素鋼等の磁性材料から形成されて
いる。下部バルブステム41の上端面と上部バルブステム
35の下端面とは、接合部42において互いに当接状態に接
合されている。下部バルブステム41と上部バルブステム
35との接合は、直接的に接合してもよく、或いは断熱材
を介在して接合してもよいことは勿論である。制御バル
ブ８を上記のように構成することによって、制御バルブ
８自体の質量を小さく構成できる。従って、バルブステ
ム中に磁性体を有し且つ荷重が小さいことにより、制御
バルブ８を電磁力で作動することが可能になる。上部バ
ルブステム35に形成されたコッタ溝47に嵌入したバルブ
スプリングコッタ46をスプリングシート44に嵌合すると
共に、該スプリングシート44とシリンダヘッド３上面の
スプリングシート50との間にバルブスプリング45を配設
することによって、制御バルブ８を副燃焼室本体33のバ
ルブシート32に設定できる。言い換えれば、バルブスプ
リング45は、制御バルブ８が連絡孔９を閉鎖するための
リターンスプリングの機能を果たすことになる。また、
制御バルブ８の開放作動手段は、磁性材から成る上部バ
ルブステム35の外周に磁化コイル即ち電磁コイル36を配
置する。該電磁コイル36に対する電流の制御は、コント
ローラ37によって制御するように構成されている。更
に、コントローラ37には、エンジン回転数を検出する回
転センサー38からの回転検出信号、エンジン負荷を検出
するトルクセンサー39からのトルク検出信号、及び制御
バルブ８のバルブリフト位置を検出する位置センサー43
からの位置検出信号が入力される。コントローラ37は、
これらの各検出信号に応答して電磁コイル36に電流を供
給して制御バルブ８の開閉作動を制御するように構成さ
れている。
断熱エンジンの更に他の実施例を説明する。この副燃焼
室式断熱エンジンは、第４図に示す実施例と比較する
と、特に、制御バルブの構造及び作動手段の例を示す以
外は、同一の構成を有しており、従って、制御バルブの
構造及び作動手段を説明するため、その点についてのみ
図示し、その他の構成は第４図に示す実施例と同一であ
るので、図示を省略する。しかも、制御バルブは該実施
例と同一の作動行程であり且つ同一の機能を有している
ので、同一の部品或いは同一の機能を有する部品には同
一の符号を付し、重複する説明は省略する。第６図はこ
の発明による副燃焼室式断熱エンジンの更に他の実施例
を示す概略説明図である。この副燃焼室式断熱エンジン
において、副燃焼室本体33に形成したバルブガイド即ち
ガイド孔31に配置された制御バルブ８は、電磁力によっ
て作動されるものである。この制御バルブ８について
は、バルブヘッド40及び下部バルブステム41が窒化珪
素、炭化珪素等のセラミック材料から形成され、且つ上
部バルブステム35が珪素鋼等の磁性材料から形成されて
いる。下部バルブステム41の上端面と上部バルブステム
35の下端面とは、接合部42において互いに当接状態に接
合されている。下部バルブステム41と上部バルブステム
35との接合は、直接的に接合してもよく、或いは断熱材
を介在して接合してもよいことは勿論である。制御バル
ブ８を上記のように構成することによって、制御バルブ
８自体の質量を小さく構成できる。従って、バルブステ
ム中に磁性体を有し且つ荷重が小さいことにより、制御
バルブ８を電磁力で作動することが可能になる。上部バ
ルブステム35に形成されたコッタ溝47に嵌入したバルブ
スプリングコッタ46をスプリングシート44に嵌合すると
共に、該スプリングシート44とシリンダヘッド３上面の
スプリングシート50との間にバルブスプリング45を配設
することによって、制御バルブ８を副燃焼室本体33のバ
ルブシート32に設定できる。言い換えれば、バルブスプ
リング45は、制御バルブ８が連絡孔９を閉鎖するための
リターンスプリングの機能を果たすことになる。また、
制御バルブ８の開放作動手段は、磁性材から成る上部バ
ルブステム35の外周に磁化コイル即ち電磁コイル36を配
置する。該電磁コイル36に対する電流の制御は、コント
ローラ37によって制御するように構成されている。更
に、コントローラ37には、エンジン回転数を検出する回
転センサー38からの回転検出信号、エンジン負荷を検出
するトルクセンサー39からのトルク検出信号、及び制御
バルブ８のバルブリフト位置を検出する位置センサー43
からの位置検出信号が入力される。コントローラ37は、
これらの各検出信号に応答して電磁コイル36に電流を供
給して制御バルブ８の開閉作動を制御するように構成さ
れている。
第６図に示す副燃焼室式断熱エンジンにおける制御バ
ルブ８の作動制御手段は、上記のように構成されている
ので、コントローラ37に対して制御バルブの開放時期
を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク角30゜〜40゜
から排気行程終端上死点前のクランク角40゜〜50゜まで
の期間に予め設定しておくことによって、制御バルブ８
を第１図に示す副燃焼室式断熱エンジンにおけるものと
同様な制御を行い、吸入効率の低減を防止すると共に、
NOX及びスモークの発生を低減させることができること
は勿論のことである。また、制御バルブ８の位置を検出
しつつ、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて電磁
コイル36に流れる電流を制御でき、制御バルブ８の開閉
作動、即ちバルブリフトを制御することもできる。例え
ば、エンジン回転数が低い時にスワールが小さくなるの
で、制御バルブ８のバルブリフトを小さくしてスワール
速度を大きくし、また、エンジン始動時には、制御バル
ブ８のバルブリフトを大きくすることによりスワールに
よる冷却効果を減少させることができる。
ルブ８の作動制御手段は、上記のように構成されている
ので、コントローラ37に対して制御バルブの開放時期
を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク角30゜〜40゜
から排気行程終端上死点前のクランク角40゜〜50゜まで
の期間に予め設定しておくことによって、制御バルブ８
を第１図に示す副燃焼室式断熱エンジンにおけるものと
同様な制御を行い、吸入効率の低減を防止すると共に、
NOX及びスモークの発生を低減させることができること
は勿論のことである。また、制御バルブ８の位置を検出
しつつ、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて電磁
コイル36に流れる電流を制御でき、制御バルブ８の開閉
作動、即ちバルブリフトを制御することもできる。例え
ば、エンジン回転数が低い時にスワールが小さくなるの
で、制御バルブ８のバルブリフトを小さくしてスワール
速度を大きくし、また、エンジン始動時には、制御バル
ブ８のバルブリフトを大きくすることによりスワールに
よる冷却効果を減少させることができる。
この発明による副燃焼室式断熱エンジンは、以上のよ
うに構成されており、次のような効果を有する。この副
燃焼室式断熱エンジンは、燃料噴射ノズルを備え且つ断
熱構造に構成した副燃焼室と吸排気バルブを備えた主燃
焼室とを連絡孔で連通し、該連絡孔を開閉する制御バル
ブを配設し、該制御バルブをエンジンの圧縮行程終わり
近くで前記連絡孔を開放し且つ吸入行程時は前記連絡孔
を閉鎖するように構成したので、前記副燃焼室でほとん
どの燃焼を行わせ、該副燃焼室の断熱壁で放熱を遮断し
て放熱量を低減し、吸入行程時には前記制御バルブで前
記主燃焼室と前記副燃焼室との連通状態を遮断し、吸入
空気の加熱を少なくして吸入空気の膨張を抑えて吸入効
率の悪化を防止し、圧縮行程終わり近くで前記制御バル
ブを開放して吸入空気を前記副燃焼室に流入させるが、
ここで該吸入空気は前記副燃焼室と前記連絡孔との壁面
及び燃焼ガスから熱を与えられて膨張し、次いで高温燃
焼を行って排気行程に移行することができる。このこと
は、NOX及びスモークの発生を低減することができる。
うに構成されており、次のような効果を有する。この副
燃焼室式断熱エンジンは、燃料噴射ノズルを備え且つ断
熱構造に構成した副燃焼室と吸排気バルブを備えた主燃
焼室とを連絡孔で連通し、該連絡孔を開閉する制御バル
ブを配設し、該制御バルブをエンジンの圧縮行程終わり
近くで前記連絡孔を開放し且つ吸入行程時は前記連絡孔
を閉鎖するように構成したので、前記副燃焼室でほとん
どの燃焼を行わせ、該副燃焼室の断熱壁で放熱を遮断し
て放熱量を低減し、吸入行程時には前記制御バルブで前
記主燃焼室と前記副燃焼室との連通状態を遮断し、吸入
空気の加熱を少なくして吸入空気の膨張を抑えて吸入効
率の悪化を防止し、圧縮行程終わり近くで前記制御バル
ブを開放して吸入空気を前記副燃焼室に流入させるが、
ここで該吸入空気は前記副燃焼室と前記連絡孔との壁面
及び燃焼ガスから熱を与えられて膨張し、次いで高温燃
焼を行って排気行程に移行することができる。このこと
は、NOX及びスモークの発生を低減することができる。
即ち、前記副燃焼室にて燃料噴射ノズルから噴霧され
る燃料の燃料当量比を直ちにリッチ状態にでき、特に、
前記副燃焼室には上記のように蓄熱されているので、短
時間に温度上昇させると共に燃料噴霧と空気との混合を
速やかに実行させ、燃料と空気との燃料当量比と燃焼温
度とで決定されるスモーク発生温度ゾーンでの燃焼を直
ちにクリアして高温燃焼を行わせることができ、火炎が
前記副燃焼室から前記主燃焼室へスワールとして吹き出
される。次いで、火炎が前記副燃焼室から前記主燃焼室
に吹き出されることによって、急激に燃料当量比が低下
され、しかも導入される空気の吸入効率は良好であるた
め、燃料当量比は短時間に小さくなり且つ燃焼温度は低
下するので、燃料当量比と燃焼温度とで決定されるNOX
発生温度ゾーンでの燃焼を避けることができる。従っ
て、前記副燃焼室及び前記主燃焼室において、スモーク
の発生及びNOXの発生を避ける燃焼を行わせることがで
きる。
る燃料の燃料当量比を直ちにリッチ状態にでき、特に、
前記副燃焼室には上記のように蓄熱されているので、短
時間に温度上昇させると共に燃料噴霧と空気との混合を
速やかに実行させ、燃料と空気との燃料当量比と燃焼温
度とで決定されるスモーク発生温度ゾーンでの燃焼を直
ちにクリアして高温燃焼を行わせることができ、火炎が
前記副燃焼室から前記主燃焼室へスワールとして吹き出
される。次いで、火炎が前記副燃焼室から前記主燃焼室
に吹き出されることによって、急激に燃料当量比が低下
され、しかも導入される空気の吸入効率は良好であるた
め、燃料当量比は短時間に小さくなり且つ燃焼温度は低
下するので、燃料当量比と燃焼温度とで決定されるNOX
発生温度ゾーンでの燃焼を避けることができる。従っ
て、前記副燃焼室及び前記主燃焼室において、スモーク
の発生及びNOXの発生を避ける燃焼を行わせることがで
きる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記制御バル
ブの開放時期を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク
角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクランク角40
゜〜50゜までの期間に設定したので、圧縮行程の上記時
期で前記制御バルブが開放し、前記主燃焼室内の空気が
前記副燃焼室へ急速に流入され、蓄熱により急速に加熱
され、圧力上昇し、次いで燃料が噴射されて急速に混合
燃焼する。また、排気行程の上記時期で前記制御バルブ
が閉鎖するので、排気圧力が最も低く、前記副燃焼室内
の残留ガスをできるだけ少なくでき、吸入行程では前記
副燃焼室の高温部に空気が触れることがなく、吸入効率
が低下し難く、圧縮行程では吸入空気の熱膨張が抑制さ
れ、仕事量が減少するように構成できる。
ブの開放時期を、圧縮行程の終わり上死点前のクランク
角30゜〜40゜から排気行程終端上死点前のクランク角40
゜〜50゜までの期間に設定したので、圧縮行程の上記時
期で前記制御バルブが開放し、前記主燃焼室内の空気が
前記副燃焼室へ急速に流入され、蓄熱により急速に加熱
され、圧力上昇し、次いで燃料が噴射されて急速に混合
燃焼する。また、排気行程の上記時期で前記制御バルブ
が閉鎖するので、排気圧力が最も低く、前記副燃焼室内
の残留ガスをできるだけ少なくでき、吸入行程では前記
副燃焼室の高温部に空気が触れることがなく、吸入効率
が低下し難く、圧縮行程では吸入空気の熱膨張が抑制さ
れ、仕事量が減少するように構成できる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼室
をシリンダのほぼ中央部位に対応するシリンダヘッドに
配置し、前記制御バルブを前記副燃焼室の中央を貫通し
て配設し、前記制御バルブの外周面に断熱層を被覆した
ので、前記制御バルブの開放時に前記主燃焼室から吹き
込まれる空気に良好なスワールを前記制御バルブのバル
ブステムの回りに発生させることができる。前記制御バ
ルブは熱流に晒されるため、前記制御バルブの外周面を
断熱材で被覆して耐熱性を持たせると共に、前記副燃焼
室内を高温化して蓄熱しても、前記主燃焼室側へ熱流が
阻止できるよう構成し、前記主燃焼室で吸入空気が加熱
されることを防止する。
をシリンダのほぼ中央部位に対応するシリンダヘッドに
配置し、前記制御バルブを前記副燃焼室の中央を貫通し
て配設し、前記制御バルブの外周面に断熱層を被覆した
ので、前記制御バルブの開放時に前記主燃焼室から吹き
込まれる空気に良好なスワールを前記制御バルブのバル
ブステムの回りに発生させることができる。前記制御バ
ルブは熱流に晒されるため、前記制御バルブの外周面を
断熱材で被覆して耐熱性を持たせると共に、前記副燃焼
室内を高温化して蓄熱しても、前記主燃焼室側へ熱流が
阻止できるよう構成し、前記主燃焼室で吸入空気が加熱
されることを防止する。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記燃料噴射
ノズルを多噴孔に形成し、該噴孔の配置を中心部に大噴
孔を且つその外周部に小噴孔を配設し、前記副燃焼室の
形状をスワール生成の前記連絡孔が開口する面を円筒面
部分に形成し且つ該円筒面部分の両側を球面部分に形成
したので、噴霧を前記円筒面部分でほぼ均一になるよう
に形成するが、前記副燃焼室の中心部の流速が速く、ス
ワールスピードが大きく、火炎が中心部に集中し易いの
で、空気過剰率を均一にさせるため中心部に燃料を多く
噴霧するように上記のように構成する。好ましくは、ス
ワール流線に沿って前記副燃焼室の内壁面を凹凸形状に
構成することもでき、それによって、前記副燃焼室内で
スワールを高流速として空気と燃料の混合を良好にし、
且つ前記副燃焼室の該凹凸形状の壁面から熱を十分に奪
うようにできる。
ノズルを多噴孔に形成し、該噴孔の配置を中心部に大噴
孔を且つその外周部に小噴孔を配設し、前記副燃焼室の
形状をスワール生成の前記連絡孔が開口する面を円筒面
部分に形成し且つ該円筒面部分の両側を球面部分に形成
したので、噴霧を前記円筒面部分でほぼ均一になるよう
に形成するが、前記副燃焼室の中心部の流速が速く、ス
ワールスピードが大きく、火炎が中心部に集中し易いの
で、空気過剰率を均一にさせるため中心部に燃料を多く
噴霧するように上記のように構成する。好ましくは、ス
ワール流線に沿って前記副燃焼室の内壁面を凹凸形状に
構成することもでき、それによって、前記副燃焼室内で
スワールを高流速として空気と燃料の混合を良好にし、
且つ前記副燃焼室の該凹凸形状の壁面から熱を十分に奪
うようにできる。
更に、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記副燃焼
室、前記連絡孔、並びに前記制御バルブのガイド孔及び
バルブシートを形成した副燃焼室本体をセラミック材で
一体構造に構成し、前記副燃焼室本体を断熱シートを介
してシリンダヘッドに配置したので、前記副燃焼室を蓄
熱構造に構成でき、前記制御バルブで上記のように作動
することによって、前記副燃焼室からの熱影響を遮断で
きるので吸入効率の悪化が発生せず、また、耐熱性を要
する前記制御バルブを前記副燃焼室本体と同一セラミッ
ク材で形成して温度分布の均一化を図ることができ、前
記制御バルブのバルブステムと前記副燃焼室本体にはエ
ンジンの作動時に温度に伴う熱膨張差が発生しないの
で、前記バルブステムと前記副燃焼室本体に形成したガ
イド孔との間の初期状態のクリアランスを保つことがで
き、温度影響による前記制御バルブの摺動不良を防止で
き、前記制御バルブの摺動をスムーズに且つレスポンス
良好に行うことができる。
室、前記連絡孔、並びに前記制御バルブのガイド孔及び
バルブシートを形成した副燃焼室本体をセラミック材で
一体構造に構成し、前記副燃焼室本体を断熱シートを介
してシリンダヘッドに配置したので、前記副燃焼室を蓄
熱構造に構成でき、前記制御バルブで上記のように作動
することによって、前記副燃焼室からの熱影響を遮断で
きるので吸入効率の悪化が発生せず、また、耐熱性を要
する前記制御バルブを前記副燃焼室本体と同一セラミッ
ク材で形成して温度分布の均一化を図ることができ、前
記制御バルブのバルブステムと前記副燃焼室本体にはエ
ンジンの作動時に温度に伴う熱膨張差が発生しないの
で、前記バルブステムと前記副燃焼室本体に形成したガ
イド孔との間の初期状態のクリアランスを保つことがで
き、温度影響による前記制御バルブの摺動不良を防止で
き、前記制御バルブの摺動をスムーズに且つレスポンス
良好に行うことができる。
また、この副燃焼室式断熱エンジンは、前記制御バル
ブのセラミック材から成る下部バルブステムに磁性材か
ら成る上部バルブステムを接合し、該上部バルブステム
に対して電磁コイルを配設し、前記電磁コイルを制御し
て前記制御バルブの開閉作動を制御したので、前記制御
バルブの重量を軽量に構成でき、前記電磁コイルによる
電磁力によっても作動制御することができ、しかも、吸
排気バルブを作動する従来のカム機構のものは、エンジ
ンの作動行程に応じて開閉作動するが、前記制御バルブ
の作動はエンジンの作動行程とは独立して電磁力が制御
でき、しかも前記電磁コイルに流れる電流を制御して前
記制御バルブのバルブリフトを制御することもできる。
ブのセラミック材から成る下部バルブステムに磁性材か
ら成る上部バルブステムを接合し、該上部バルブステム
に対して電磁コイルを配設し、前記電磁コイルを制御し
て前記制御バルブの開閉作動を制御したので、前記制御
バルブの重量を軽量に構成でき、前記電磁コイルによる
電磁力によっても作動制御することができ、しかも、吸
排気バルブを作動する従来のカム機構のものは、エンジ
ンの作動行程に応じて開閉作動するが、前記制御バルブ
の作動はエンジンの作動行程とは独立して電磁力が制御
でき、しかも前記電磁コイルに流れる電流を制御して前
記制御バルブのバルブリフトを制御することもできる。
或いは、この副燃焼室式断熱エンジンは、吸排気バル
ブを備えた往復動エンジンにおいて、燃料噴射ノズルを
備えた断熱構造に構成した副燃焼室と吸排気バルブを断
熱構造に構成した主燃焼室とを連絡孔で連通し、前記連
絡孔を開閉する制御バルブを配設し、前記制御バルブの
セラミック材から成る下部バルブステムに磁性材から成
る上部バルブステムを接合し、該上部バルブステムに対
して電磁コイルを配設し、前記制御バルブの位置を検出
すると共に、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて
前記電磁コイルを制御して前記制御バルブの開閉作動を
制御したので、エンジンの作動工程とは独立して、エン
ジン回転数及びエンジン負荷の検出値に応じて前記磁化
コイルに流れる電流を制御して前記制御バルブのバルブ
リフトを制御できる。例えば、エンジン回転数が低い時
には、スワールが小さくなるので、前記制御バルブのバ
ルブリフトを小さくして前記副燃焼室内のスワール速度
を大きくする。或いは、エンジン始動時には、前記制御
バルブのバルブリフトを大きくすることによって、スワ
ールによる前記副燃焼室の冷却効果を減少させることが
できる。
ブを備えた往復動エンジンにおいて、燃料噴射ノズルを
備えた断熱構造に構成した副燃焼室と吸排気バルブを断
熱構造に構成した主燃焼室とを連絡孔で連通し、前記連
絡孔を開閉する制御バルブを配設し、前記制御バルブの
セラミック材から成る下部バルブステムに磁性材から成
る上部バルブステムを接合し、該上部バルブステムに対
して電磁コイルを配設し、前記制御バルブの位置を検出
すると共に、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて
前記電磁コイルを制御して前記制御バルブの開閉作動を
制御したので、エンジンの作動工程とは独立して、エン
ジン回転数及びエンジン負荷の検出値に応じて前記磁化
コイルに流れる電流を制御して前記制御バルブのバルブ
リフトを制御できる。例えば、エンジン回転数が低い時
には、スワールが小さくなるので、前記制御バルブのバ
ルブリフトを小さくして前記副燃焼室内のスワール速度
を大きくする。或いは、エンジン始動時には、前記制御
バルブのバルブリフトを大きくすることによって、スワ
ールによる前記副燃焼室の冷却効果を減少させることが
できる。
第１図はこの発明による副燃焼室式断熱エンジンの一実
施例を示す断面図、第２図はこの発明による副燃焼室式
断熱エンジンの別の実施例を示す断面図、第３図はこの
発明による副燃焼室式断熱エンジンの更に別の実施例に
おける副燃焼室の一例を示す斜視図、第４図はこの発明
による副燃焼室式断熱エンジンの他の実施例を示す断面
図、第５図は第４図の線Ｖ−Ｖにおける副燃焼室本体の
断面図、第６図はこの発明による副燃焼室式断熱エンジ
ンの更に他の実施例における制御バルブの作動手段の一
例を示す説明図、第７図はこの発明による副燃焼室式断
熱エンジンによるＰ−Ｖ線図、及び第８図はこの発明に
よる副燃焼室式断熱エンジンによる作動行程を示す線図
である。 １……主燃焼室、２……副燃焼室、３……シリンダヘッ
ド、４……シリンダブロック、５……シリンダ、６……
シリンダライナ、７……吸気バルブ、８……制御バル
ブ、９……連絡孔、10……燃料噴射ノズル、13……吸気
ポート、15,22……断熱壁、16……噴孔、24……排気バ
ルブ、25……断熱層、26……排気ポート、27……ピスト
ン側燃焼室、29……円筒面部分、30……球面部分、31…
…ガイド孔、33……副燃焼室本体、34……断熱シート、
35……上部バルブステム、36……電磁コイル、38……回
転センサー、41……下部バルブステム、42……接合部、
43……位置センサー。
施例を示す断面図、第２図はこの発明による副燃焼室式
断熱エンジンの別の実施例を示す断面図、第３図はこの
発明による副燃焼室式断熱エンジンの更に別の実施例に
おける副燃焼室の一例を示す斜視図、第４図はこの発明
による副燃焼室式断熱エンジンの他の実施例を示す断面
図、第５図は第４図の線Ｖ−Ｖにおける副燃焼室本体の
断面図、第６図はこの発明による副燃焼室式断熱エンジ
ンの更に他の実施例における制御バルブの作動手段の一
例を示す説明図、第７図はこの発明による副燃焼室式断
熱エンジンによるＰ−Ｖ線図、及び第８図はこの発明に
よる副燃焼室式断熱エンジンによる作動行程を示す線図
である。 １……主燃焼室、２……副燃焼室、３……シリンダヘッ
ド、４……シリンダブロック、５……シリンダ、６……
シリンダライナ、７……吸気バルブ、８……制御バル
ブ、９……連絡孔、10……燃料噴射ノズル、13……吸気
ポート、15,22……断熱壁、16……噴孔、24……排気バ
ルブ、25……断熱層、26……排気ポート、27……ピスト
ン側燃焼室、29……円筒面部分、30……球面部分、31…
…ガイド孔、33……副燃焼室本体、34……断熱シート、
35……上部バルブステム、36……電磁コイル、38……回
転センサー、41……下部バルブステム、42……接合部、
43……位置センサー。
Claims (8)
- 【請求項１】主燃焼室を構成するシリンダを備えたシリ
ンダブロック、該シリンダブロックに固定され且つ吸排
気バルブを配置した吸排気ポートを形成したシリンダヘ
ッド、前記シリンダ内を往復運動するピストン、前記シ
リンダヘッドに形成された断熱構造に構成された副燃焼
室、前記副燃焼室内に噴孔を開口する燃料噴射ノズル、
前記副燃焼室と前記主燃焼室とを連通する断熱壁体で構
成した連絡孔、及び前記連絡孔を開閉するため前記シリ
ンダヘッドに設けた制御バルブを具備し、排気行程で前
記副燃焼室内の残留ガスが低減して排気ガス圧力が低い
状態になった排気行程終わり付近で前記副燃焼室と前記
主燃焼室との連絡を遮断するため前記制御バルブで前記
連絡孔を閉鎖し、吸入行程では前記副燃焼室からの熱に
よる吸入空気の加熱を抑制するため前記制御バルブによ
る前記連絡孔の閉鎖状態を維持し、圧縮行程終わり近く
で前記制御バルブを作動して前記連絡孔を開放して前記
主燃焼室から前記副燃焼室へ吸入空気を一気に吸入さ
せ、該吸入空気へ前記副燃焼室の壁面から熱を与えて吸
入空気を膨張させ、そこで該吸入空気と前記燃料噴射ノ
ズルから噴射された燃料とを混合させて高温燃焼させて
膨張行程で前記ピストンに仕事をさせ、次いで前記連絡
孔を開放した状態で排気行程を行うことを特徴とする副
燃焼室式断熱エンジン。 - 【請求項２】前記制御バルブの開放時期を、圧縮行程の
終わり上死点前のクランク角30゜〜40゜から排気行程終
端上死点前のクランク角40゜〜50゜までの期間に設定し
たことを特徴とする請求項１に記載の副燃焼室式断熱エ
ンジン。 - 【請求項３】前記制御バルブを前記連絡孔の形成壁面を
貫通して前記副燃焼室から隔置状態に配置したことを特
徴とする請求項１に記載の副燃焼室式断熱エンジン。 - 【請求項４】前記副燃焼室を前記シリンダのほぼ中央部
位に対応する前記シリンダヘッドに配置し、前記制御バ
ルブを前記副燃焼室の中央を貫通して配設し、前記制御
バルブの外周面に断熱層を被覆したことを特徴とする請
求項１に記載の副燃焼室式断熱エンジン。 - 【請求項５】前記燃料噴射ノズルを多噴孔に形成し、前
記副燃焼室の形状をスワール生成の前記連絡孔が開口す
る面を円筒面部分に形成して前記円筒面部分の両側を球
面部分に形成したことを特徴とする請求項１に記載の副
燃焼室式断熱エンジン。 - 【請求項６】前記副燃焼室、前記連絡孔、及び前記制御
バルブのガイド孔とバルブシートとを形成した副燃焼室
本体をセラミック材で一体構造に構成したことを特徴と
する請求項１に記載の副燃焼室式断熱エンジン。 - 【請求項７】前記制御バルブのセラミック材から成る下
部バルブステムに磁性材から成る上部バルブステムを接
合し、前記上部バルブステムに対して電磁コイルを配設
し、前記電磁コイルを制御して前記制御バルブの開閉作
動を制御したことを特徴とする請求項１に記載の副燃焼
室式断熱エンジン。 - 【請求項８】前記制御バルブのセラミック製下部バルブ
ステムに磁性材製上部バルブステムを接合し、前記上部
バルブステムに対して電磁コイルを配設し、前記下部バ
ルブステムと前記上部バルブステムの接合点を利用して
位置センサーによって前記制御バルブの位置を検出し、
前記制御バルブの開閉作動をエンジン回転数及びエンジ
ン負荷に応じて制御したことを特徴とする請求項１に記
載の副燃焼室式断熱エンジン。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63270923A JPH086587B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 副燃焼室式断熱エンジン |
| US07/427,207 US5054443A (en) | 1988-10-28 | 1989-10-24 | Heat-insulating engine with swirl chamber |
| DE68912513T DE68912513T2 (de) | 1988-10-28 | 1989-10-27 | Wärmeisolierte Brennkraftmaschine mit Wirbelkammer. |
| DE198989311127T DE366490T1 (de) | 1988-10-28 | 1989-10-27 | Waermeisolierte brennkraftmaschine mit wirbelkammer. |
| EP89311127A EP0366490B1 (en) | 1988-10-28 | 1989-10-27 | Heat-insulating engine with swirl chamber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63270923A JPH086587B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 副燃焼室式断熱エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119616A JPH02119616A (ja) | 1990-05-07 |
| JPH086587B2 true JPH086587B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=17492875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63270923A Expired - Fee Related JPH086587B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 副燃焼室式断熱エンジン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5054443A (ja) |
| EP (1) | EP0366490B1 (ja) |
| JP (1) | JPH086587B2 (ja) |
| DE (2) | DE366490T1 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3047493B2 (ja) * | 1991-03-14 | 2000-05-29 | いすゞ自動車株式会社 | 断熱副室式エンジン |
| CA2056236C (en) * | 1991-11-26 | 2001-08-21 | Gary D. Webster | Internal combustion engine with high temperature variable geometry pre-combustion chamber |
| US5239959A (en) * | 1992-06-22 | 1993-08-31 | Loth John L | Isolated combustion and diluted expansion (ICADE) piston engine |
| US5224450A (en) * | 1992-08-07 | 1993-07-06 | Paul Marius A | Multi-fuel precombustor unit |
| EP0588592B1 (en) * | 1992-09-14 | 1999-04-14 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | High compression ratio internal-combustion engine |
| DE69315154T2 (de) * | 1992-09-14 | 1998-03-05 | Isuzu Ceramics Res Inst | Brennkraftmaschine mit Vorkammer |
| US5603298A (en) * | 1992-09-14 | 1997-02-18 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | High compression ratio internal-combustion engine |
| JP3048476B2 (ja) * | 1992-09-29 | 2000-06-05 | 株式会社いすゞセラミックス研究所 | リフト量可変制御弁を備えた副室式ガスエンジン |
| EP0645529B1 (en) * | 1993-09-28 | 1998-01-07 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Thermally insulating engine |
| JPH07119543A (ja) * | 1993-10-25 | 1995-05-09 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 遮熱エンジンの構造 |
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| DE19624964A1 (de) * | 1996-06-22 | 1998-01-02 | Motoren Werke Mannheim Ag | Zündsystem für einen Gasmotor |
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| HUE026544T2 (hu) * | 2009-06-29 | 2016-06-28 | Jenoe Polgar | A lökettérfogattól szelepekkel elválasztott égéskamrájú belsõégésû motor, és eljárás módosított kontrollált öngyulladás megvalósítására az égéskamrában |
| DE102015201847A1 (de) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug |
| US9556832B1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-01-31 | Combustion Engine Technologies, LLC | Adiabatic fuel injection-ignition method and device |
| US9441573B1 (en) | 2015-12-09 | 2016-09-13 | Combustion Engine Technologies, LLC | Two-stroke reciprocating piston injection-ignition or compression-ignition engine |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB190802575A (en) * | 1908-02-05 | 1908-04-30 | Naamlooze Vennootschap Machf D | Improvements in Internal Combustion Engines. |
| US2014828A (en) * | 1934-08-30 | 1935-09-17 | Int Motor Co | Combustion chamber for diesel engines |
| DE1401958A1 (de) * | 1960-12-27 | 1968-12-19 | Reymond Georges | Verbrennungsmotor,insbesondere fuer einen unter konstantem Druck ablaufenden Arbeitsprozess |
| GB1380941A (en) * | 1971-05-20 | 1975-01-22 | Vincent P C | Internal combustion engines |
| DE2530837A1 (de) * | 1975-07-10 | 1977-01-13 | Heinrich Roessel | Verbrennungskraftmaschine |
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| FR2483010A1 (fr) * | 1980-05-23 | 1981-11-27 | Rockwell International Corp | Moteur diesel a prechambre dont la communication avec le cylindre est commandee par soupapes, et son procede de mise en oeuvre |
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| US4738227A (en) * | 1986-02-21 | 1988-04-19 | Adiabatics, Inc. | Thermal ignition combustion system |
| JPS6387208U (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-07 | ||
| AU609442B2 (en) * | 1987-01-21 | 1991-05-02 | Kabushiki Kaisha Hareyama Giken | Internal combustion engine |
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- 1988-10-28 JP JP63270923A patent/JPH086587B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1989
- 1989-10-24 US US07/427,207 patent/US5054443A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1989-10-27 DE DE68912513T patent/DE68912513T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-27 EP EP89311127A patent/EP0366490B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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