JP2563061Y2

JP2563061Y2 - 渦流式燃焼室

Info

Publication number: JP2563061Y2
Application number: JP7336691U
Authority: JP
Inventors: 惠夫関山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2006-08-21
Also published as: JPH0519525U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、シリンダ側に主室を
且つシリンダヘッドに副室を備えた渦流式燃焼室に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、渦流式燃焼室については、シリン
ダヘッドに球状の副室が形成され、該副室は接線方向に
伸びる連絡孔を通じてシリンダ側の主室に連通してい
る。主室から連絡孔を通じて副室に導入される吸入空気
は、副室に対して接線方向に形成された連絡孔を通じて
主室から連絡孔を通じて副室に導入され、副室内に強力
なスワール流を形成する。副室内に噴射された燃料は強
力なスワールと該スワール流によって生じる２次元流れ
により混合攪拌が行われる。火炎への空気導入も同様の
プロセスである。

【０００３】また、渦室式ディーゼル機関としては、例
えば、特開昭５７−１８６０１６号公報に開示されたも
のがある。該渦室式ディーゼル機関は、副燃焼室に燃料
を円錐状又は異なる方向に多数条に噴出するようにした
燃料噴射ノズルを、副燃焼室内における渦流の旋回軸線
上又はこれに近接した部位に、前記燃料噴射ノズルの軸
線が前記旋回軸線と平行又は略平行になるように配設し
たものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、断熱エ
ンジンの高温燃焼において、従来の燃焼室、噴射系では
高温雰囲気に見合った高速の混合気生成を得ることがで
きず、ＮＯ_Xの増大、スモーク増大、燃費の悪化等の問
題がある。副燃焼室による高当量比での一次燃焼はＮＯ
_Xの低下、主室での二次燃焼によるスモーク低下、燃費
の回復に効果のあることが確認されているが、断熱エン
ジンでは高温雰囲気であるために一次燃焼は未だ不十分
である。

【０００５】また、渦流式燃焼室では、副室内に噴射さ
れた燃料は強力なスワールと該スワール流によって生じ
る二次元流れにより混合攪拌が行われるが、このプロセ
スでは燃焼の途中から旋回流中心に火炎による高温部が
残り、空気混合能力が低下し、その状態で連絡孔を通じ
て主室へ火炎が吹き出されると、ハイドロカーボンＨＣ
の発生の原因になる。特に、断熱構造の副室では、燃焼
スピードを上昇させ、燃焼を早期に完結することが必要
である。その理由は、断熱エンジンのように圧縮端温度
が、冷却エンジンと比較して約２５０℃以上も高い場合
には、圧縮空気は粘性が増大し、該空気中に噴射された
燃料は空気との混合が理想的に行われない。一方、燃料
は、高温雰囲気では着火遅れが短く、冷却エンジンと比
較して５分の１位の時間で着火する。従って、瞬間的に
燃料と空気とを混合させなければならないが、副室での
空気の取り込みが低下して上記現象が顕著に現れる。

【０００６】そこで、この考案の目的は、上記の課題を
解決することであり、主室と副室との容積比を従来のも
のと比較して変更せずに副室の渦流の中心軸方向に突出
する補助燃焼室を傾斜衝突面で形成し、該傾斜衝突面に
燃料噴射ノズルから噴射した噴射燃料を衝突させ、その
衝突燃料を拡散させて前記副室内に形成されているスワ
ール流に乗せて且つ前記補助燃焼室内に存在する空気を
巻き込んで空気利用率を向上させ、空気と燃料の混合を
促進して燃焼スピードを上昇させ、エンジン出力を向上
させると共に、スモーク、ＮＯ_Xの発生を抑制すること
ができる渦流式燃焼室を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この考案は、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、
この考案は、シリンダ側に形成した主室、シリンダヘッ
ドに形成した角筒形の副室、該副室の角筒面に開口して
前記副室と前記主室とを連通する連通孔、前記副室内の
渦流中心軸方向に外向きに突出して前記副室に補助燃焼
室を形成する傾斜衝突面、及び該傾斜衝突面に対向した
多噴孔を備え且つ該多噴孔から前記傾斜衝突面に噴射燃
料を衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡散させる燃
料噴射ノズルを有することを特徴とする渦流式燃焼室に
関する。

【０００８】

【作用】この考案による渦流式燃焼室は、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、この渦流
式燃焼室は、副室内を渦流中心軸方向に外向きに拡がる
傾斜衝突面により突出させて補助燃焼室を形成し、該渦
流中心軸方向に拡がる空間を他の方向に拡がる空間より
広く形成し且つ燃料噴射ノズルからの噴射燃料を傾斜衝
突面に衝突させたので、前記燃料噴射ノズルからの噴射
燃料は前記傾斜衝突面に衝突した後、前記傾斜衝突面に
沿って前記副室への拡散し、前記副室内に形成されてい
るスワール流に乗り、空気と燃料とが攪拌され、空気と
燃料との混合が促進される。しかも、前記副室の前記補
助燃焼室に存在する空気が渦流中心の火炎に取り込ま
れ、火炎による高温部が残ることなく、空気と燃料との
攪拌混合が促進しされ、燃焼スピードが促進される。従
って、前記副室内で空気と燃料との混合を瞬時に行って
燃焼スピードを上昇させ、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_Xの発
生を抑制することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この考案による渦流
式燃焼室の実施例を説明する。図１はこの考案による渦
流式燃焼室の一実施例を示す断面図、及び図２は図１の
線Ａ−Ａにおける断面図である。

【００１０】この渦流式燃焼室は、シリンダブロック１
３に固定された吸排気ポート（図示せず）を備えたシリ
ンダヘッド７、シリンダヘッド７に形成した穴部９に配
置した副室壁体３、該副室壁体３内に形成した副室２、
副室２に燃料を噴射する燃料噴射ノズル８、及び副燃焼
室２をシリンダ側の主室１に連通する連通孔６を有して
いる。主室１から連通孔６を通じて副室２へ導入される
吸入空気に副室２内でスワールを良好に発生させるた
め、連通孔６は副室２の内壁面に対して傾斜して形成さ
れている。副室２は、断熱構造に構成してもよく、その
場合には、副室２の断熱構造は、図示していないが、例
えば、シリンダヘッド７に形成された穴部９に配置され
た耐熱性、断熱性等に富んだ窒化ケイ素、炭化ケイ素、
チタン酸アルミニウム等のセラミックス、耐熱金属等か
ら成る副室壁体３から構成されている。副室壁体３は、
シリンダヘッド７に固定金具、焼き嵌め、圧入等で固定
されている。副室壁体３の外側面とシリンダヘッド７の
穴部９の内面との間には、場合によっては、断熱空気層
を形成し、副室２の断熱度を向上させることができる。
また、副室壁体３の下面はシリンダヘッド下面１１の一
部を構成し、該副室壁体３の下面には副室２をシリンダ
１２側に形成した主室１に連通する連通孔６が開口して
いる。主室１は、例えば、シリンダブロック１３の孔部
に嵌合したシリンダライナで形成されるシリンダ１２と
シリンダヘッド下面１１とで形成される空間、ピストン
ヘッド１４に形成された凹部１５で構成されるものであ
る。

【００１１】この考案による渦流式燃焼室は、特に、副
室２の形状に特徴を有するものである。即ち、この副室
２は、シリンダヘッド７に形成した角筒形の燃焼室４
（図１では四角筒）と該燃焼室４の両側に形成した補助
燃焼室５から成り、主室１と副室２との容積比は従来の
ものと同一の容積比（例えば、１７．８）で形成されて
いる。副室２の構造は、ここではスワール流に沿って断
面四角形の四角筒の燃焼室４と、副室２内を渦流中心軸
方向Ｏ−Ｏ（特に、図２参照）に外向きに両側に拡がる
傾斜衝突面１０によって形成され、角筒形の燃焼室４か
ら外向きに突出して形成される補助燃焼室５とを有し、
該渦流中心軸方向Ｏ−Ｏに拡がる空間を他の方向に拡が
る空間に比較して広く形成している。言い換えれば、副
室２の形状は、副室２の総和の空間即ち副室２の容積比
は変えずに、副室２内の渦流中心軸方向Ｏ−Ｏに拡がる
空間と他の方向に拡がる空間との配分を変更したもので
ある。また、連通孔６は、四角筒の燃焼室４を形成する
角筒面に渦流中心軸方向に伸びて開口されており、副室
２と主室１とを連通している。

【００１２】この渦流式燃焼室において、燃料噴射ノズ
ル８は、高圧噴射の多噴孔１６に形成され、該多噴孔１
６を補助燃焼室５の傾斜衝突面１０に対向して開口する
ように、傾斜衝突面１０の端部に配置されている。従っ
て、燃料噴射ノズル８の多噴孔１６から噴射される噴射
燃料は、高温雰囲気状態であっても傾斜衝突面１０が多
噴孔１６の近傍に対向しているので、燃料液の状態を維
持したまま噴出エネルギーが減衰することなく、傾斜衝
突面１０に激しく衝突し、周囲の空気を多量に巻き込
み、該衝突燃料は傾斜衝突面１０に沿って副室２内に拡
散される。次いで、副室２内で発生している強力なスワ
ール流に乗り、空気と混合されて副室２内に均一な混合
気を形成するようになる。即ち、副室２内に燃料噴射ノ
ズル８の多噴孔１６から噴射された燃料は、連通孔６か
ら副室２に流入した強烈なスワール流Ｓに乗って旋回
し、コーナ部１７に発生する乱れによって混合の均一化
が促進され、補助燃焼室５の中心部の空気を取り込ん
で、混合燃焼初期には渦流中心軸方向Ｏ−Ｏの補助燃焼
室５に蓄えられた空気を渦流に対して直交する二次元流
れによって多量に取り込み、副室２内での空気利用率が
向上し、副室２内での空気と燃料との混合を促進するこ
とができる。

【００１３】従って、この渦流式燃焼室において、主室
１から連通孔６を通じて副室２内に導入された吸入空気
は、図１に示すように、副室２自体の形状が角筒形であ
るので、コーナ部で乱れを発生して副室２内に強力なス
ワール流Ｓ即ち渦流Ｓを形成する。そして、副室２に
は、渦流中心軸方向Ｏ−Ｏに外向きに両側に拡がる傾斜
衝突面１０によって補助燃焼室５が形成されているの
で、渦流中心には補助燃焼室５に存在する空気量だけ増
加した状態になっている。そこで、副室２内に渦流が発
生し、該渦流中に燃料噴射ノズル８から燃料が噴射され
ると、該燃料は傾斜衝突面１０で衝突して拡散し、衝突
燃料は拡散して渦流ゾーンに乗って空気との混合が促進
されて燃焼する。そして、渦流中心軸方向Ｏ−Ｏの両側
に拡がる補助燃焼室５に十分な空気が在るので、該空気
が中心部へ二次元流れを形成して中心部の火炎へ十分に
取り込まれるようになり、燃料と空気との混合が促進さ
れ、高温雰囲気での着火遅れが短い状態に最適の燃料と
空気とが短時間に混合して、空気と燃料の初期混合燃焼
では当量比を抑えた濃混合気で行われ、一次燃焼の燃焼
スピードが速くなる。従って、燃焼期間が短縮され、断
熱エンジンに好ましい燃焼室を提供でき、ＨＣ、ＮＯ_X
等の発生を抑制し、燃費を向上させると共にエンジン性
能を向上できる。

【００１４】

【考案の効果】この考案による渦流式燃焼室は、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、この渦流式燃焼室は、シリンダ側に形成した主室と
シリンダヘッドに形成した角筒形の副室とを角筒面に開
口した連通孔で連通し、前記副室内の渦流中心軸方向に
外向きに突出して傾斜衝突面で前記副室に補助燃焼室を
形成し、及び燃料噴射ノズルの多噴孔から噴射した燃料
を傾斜衝突面に衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡
散させるので、前記多噴孔からの噴射燃料は前記副室内
が高温雰囲気であっても、前記傾斜衝突面と前記多噴孔
とは近接しており、噴射燃料が液状を維持した状態で噴
射エネルギーが減衰することなく、前記傾斜衝突面に激
しく衝突し、前記補助燃焼室内の空気を多量に巻き込
む。

【００１５】次いで、前記補助燃焼室から角筒形の副室
に拡散した混合気は、前記副室内の強烈な旋回流により
空気と混合されると共に、前記副室内で均一な混合気と
なる。前記副室内の旋回混合気は、前記副室内が角筒形
であるので、そのコーナ部で強力な乱れを発生し、空気
と燃料とが良好に混合され、混合気の均一化が促進され
る。

【００１６】このようにして、この渦流式燃焼室は、前
記副室での空気利用率が向上し、また、前記副室内での
局所的な高温領域、局所的底当量比領域が均一化される
ことによって、前記副室内での燃焼即ち一次燃焼が促進
され、ＨＣ、ＮＯ_X及びスモークの発生が低減される。
また、前記副室内での圧力上昇率が高まり、前記主室へ
の噴出エネルギーが増大し、前記主室での二次燃焼が促
進され、燃費を改善できる。

【００１７】即ち、前記副室での燃焼スピードを促進
し、次いで前記副室から前記連通孔を通じて前記主室へ
燃焼ガス即ち火炎を吹き出すので、吹き出し速度を低下
させることなく前記主室に火炎は吹き出されるので、前
記主室内で火炎と空気との混合を促進して火炎と空気と
の混合を短期に達成して燃焼スピードを上昇させ、しか
も火炎が前記主室内の新気と混合することで燃焼温度は
低下し、良好に二次燃焼させることができ、燃費を改善
し、エンジン出力を向上させると共に、スモーク、Ｈ
Ｃ、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。

【００１８】また、渦流中心軸方向に拡がる空間が拡大
され、副室内に燃料噴射ノズルから噴射された燃料は強
烈なスワールで旋回して中心部の空気が取り込まれ、特
に、混合燃焼初期に渦流中心軸方向の突出空間に蓄えら
れた空気は、前記副室内に主渦流に交差する方向に取り
巻く二次渦流を発生させ、渦流に対して直交する二次元
流れによって多量に取り込んで前記副室内での空気利用
率を向上させ、副室内での空気と燃料との混合を促進し
て燃焼スピードをアップすることができる。従って、高
温雰囲気での着火遅れが短い状態に合わせて多量の空気
を取り込んで燃料と空気との混合を促進することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による渦流式燃焼室の一実施例を示す
断面図である。

【図２】図１の線Ａ−Ａにおける渦流式燃焼室の断面図
である。

【符号の説明】

１主室２副室３副室壁体４多角筒の燃焼室５補助燃焼室６連通孔７シリンダヘッド８燃料噴射ノズル１０傾斜衝突面１２シリンダ１６多噴孔

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側に形成した主室、シリンダヘ
ッドに形成した角筒形の副室、該副室の角筒面に開口し
て前記副室と前記主室とを連通する連通孔、前記副室内
の渦流中心軸方向に外向きに突出して前記副室に補助燃
焼室を形成する傾斜衝突面、及び該傾斜衝突面に対向し
た多噴孔を備え且つ該多噴孔から前記傾斜衝突面に噴射
燃料を衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡散させる
燃料噴射ノズルを有することを特徴とする渦流式燃焼
室。