JP2565489Y2 - 副室式断熱エンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、シリンダヘッドに形
成した副室を備えた副室式断熱エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、断熱エンジンの燃焼改善を目的と
して副室を持つ断熱エンジンが開発されている。このよ
うな副室式断熱エンジンは、シリンダヘッドに形成した
副室、該副室と主室とを連通する連絡孔及び副室内に配
置した燃料噴射ノズルを有しており、燃焼室全体を一様
に断熱構造に構成するか、或いは副室即ちスワールチャ
ンバの温度分布を均一にするように断熱構造によって断
熱度をコントロールするように構成したものである。

【０００３】また、実開昭５４−１７４７０６号公報に
は、ディーゼル機関の燃焼室が開示されている。該ディ
ーゼル機関の燃焼室は、燃焼室壁面の少なくとも燃料噴
霧の当たる部分を過熱されやすい耐熱材料で形成したも
のである。耐熱材料としては、セラミックスから成る焼
金構造部材であり、該焼金構造部材の内側は過熱されや
すい耐熱金属とし、外側はその熱を遮断する断熱性のあ
るセラミックスを使用し、蓄熱効果を更に高めるように
構成されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところで、従来の副室
式断熱エンジンでは、窒化珪素等のセラミックスによっ
て副室全体を副室壁体で製作し、該副室壁体の外周部に
空気層を設けて断熱構造を構成しており、また、シリン
ダヘッドの穴部へ副室壁体を取付ける場合に、応力等の
問題から肉厚のセラミックスから成る副室壁体を金属リ
ングで上下一体構造になるように、焼嵌めによって締め
付け、該金属リングの外周部に空気層を形成している。

【０００５】このように副室を構成した場合には、窒化
ケイ素自体は耐熱性に富んでいるが、熱伝導は良好な材
料であるので、窒化ケイ素等のセラミックス材の副室壁
体の熱容量は大きくなり、運転時に副室壁体全体が温度
上昇するまでに時間がかかり、しかも副室壁体が一体構
造化であるため、燃料噴霧が衝突する部分のような高温
部が必要な部分も、それほど必要でない部分もほぼ均一
な温度分布になり、良好な燃焼を得るための副室壁体の
温度上昇に無駄が発生する。

【０００６】この考案の目的は、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穴部に副室壁体
を配置して断熱構造の副室を構成し、該副室に燃料を噴
射する燃料噴射ノズルからの燃料噴霧が衝突する熱負荷
の過酷な衝突部分の肉厚を薄く構成すると共に、熱容量
を小さく構成して燃料噴霧及び吸入空気に対する温度追
従性を良好にし、温度追従性を良好にすることによって
該壁面部の温度上昇を他の部分より早急に上昇させたり
低下させることができ、ＨＣ等の発生を抑制し、該高温
になっても断熱性の向上による断熱度の高いことによっ
て該部分からの熱の放散を防止し、該部分の壁面の強度
を十分に確保することができる副室式断熱エンジンを提
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、シリンダヘッドに形成した穴部に配置した
断熱構造の副室を形成した副室壁体及び前記副室内に燃
料を噴射する燃料噴射ノズルを有する副室式断熱エンジ
ンにおいて、前記燃料噴射ノズルから噴射した燃料噴霧
が衝突する前記副室壁体の衝突部分を、他の部分に比較
して熱容量を小さくして温度追従性を良好にするよう
に、前記衝突部分に対応する前記副室壁体の外側のみに
凹部を形成して前記他の部分に比較して肉厚を薄し、更
に前記副室壁体に形成された前記凹部と前記シリンダヘ
ッドの前記穴部の壁面との間に断熱層を形成したことを
特徴とする副室式断熱エンジンに関する。

【０００８】また、この副室式断熱エンジンにおいて、
前記凹部に形成された前記断熱層はチタン酸アルミニウ
ム等のセラミックスから成る低熱伝導材から構成されて
いるものである。

【０００９】

【作用】この考案による副室式断熱エンジンは、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
の副室式断熱エンジンは、燃料噴射ノズルから噴射した
燃料噴霧が衝突する副室壁体の衝突部分を他の部分に比
較して熱容量が小さくして温度追従性を良好にするよう
に、前記副室壁体の外側を凹部に形成して肉厚を薄くし
たので、肉厚を薄くした前記衝突部分は他の部分に比較
して温度上昇を図ることができ、ＨＣ等の発生を抑制す
る効果があると共に、副室壁体の衝突部分の温度追従性
を良好にすることによって、該衝突部分の壁面の温度上
昇が早くなると共に、逆に早く低下できるようになる。
また、前記凹部の外周面はシリンダヘッドに形成した穴
部壁面との直接的には接触しておらず、前記凹部側の前
記副室壁体の前記穴部壁面との接触部を小さく構成する
ことによって、前記シリンダヘッドを通じて外部に逃げ
る放熱量を小さくすることができる。

【００１０】即ち、燃料噴霧が衝突する部分を薄くする
ことで高温化することができるが、衝突部の壁体厚さを
薄くすることにより、他の部分の厚い壁体への熱流を断
面積を小さく絞っているので、結果として衝突部の温度
の上昇を図ることができる。また、高温となる衝突部分
は、他の部分より熱膨張をするが、高温部の熱膨張によ
って薄肉壁体には圧縮応力が作用し、セラミックスは圧
縮応力に対しては高強度であるので、強度的にも安定
し、熱負荷による破損等が生じることはない。

【００１１】また、この副室式断熱エンジンにおいて、
前記凹部内にチタン酸アルミニウム等のセラミックスか
ら成る低熱伝導材を配置したので、低熱伝導材を埋込む
ことで断熱性を向上させることができ、有効に機能させ
ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この考案による副室
式断熱エンジンの実施例を説明する。図１はこの考案に
よる副室式断熱エンジン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。

【００１３】この副室式断熱エンジンは、シリンダブロ
ックに固定されたシリンダヘッド３、シリンダヘッド３
に形成した穴部９に配置された副室壁体１０で断熱構造
の副室２を形成し、副室２内に燃料を噴射する燃料噴射
ノズル４を配置し、副室２を連絡孔１５を通じて主室１
に連通し、更にシリンダブロックに形成したシリンダ内
を上下動するピストンを有する。副室２は、例えば、シ
リンダヘッド３に形成された穴部９に配置された耐熱性
及び断熱性に富んだ窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミ
ックス、耐熱金属等から成る副室壁体１０から構成され
ている。副室壁体１０は、シリンダヘッド３に取付金具
等で固定されている。副室壁体１０の外側面１２とシリ
ンダヘッド３の穴部９の内面との間には、断熱空気層１
１が形成され、副室２の断熱度を向上させている。ま
た、副室壁体１０の下面１３は、シリンダヘッド下面１
４の一部を構成し、副室壁体１０の下面中央部にはシリ
ンダヘッド３に形成した副室２を主室１に対向して連絡
孔１５が形成されている。連絡孔１５の周囲部分の副室
壁体１０は、他の部分に比較して薄い壁体で形成されて
いる。

【００１４】また、この副室式断熱エンジンにおいて、
ピストンの上昇行程によって圧縮された高温高圧の空気
は、主室１から連絡孔１５を通って副室２内へ流入し、
副室２内で高速のスワールを発生させる。このスワール
中に燃料噴射ノズル４から燃料を噴射し、燃料は高温の
空気により暖められて着火燃焼する。場合によっては、
副室２に加熱プラグ１６を配置し、加熱プラグ１６によ
って着火燃焼を補助することもできる。通常、副室２に
燃料がスワール中に噴射され、空気と燃料とが混合して
混合気を生成して着火すると、副室２内の温度と圧力が
高くなり、その間に噴射された燃料が燃焼し急激な圧力
上昇が起こり、次いで火炎と混合気は連絡孔１５を通じ
て主室１側へ一気に噴出され、該噴出ガスは主室１内の
新気と二次混合して二次燃焼する。

【００１５】この副室式断熱エンジンは、特に、燃料噴
射ノズル４から噴射した燃料噴霧Ｆが衝突する副室壁体
１０の衝突部分５を他の部分６に比較して肉厚が薄く且
つ熱容量が小さくなるように副室壁体１０の外側を凹部
７形状に形成したことを特徴とするものである。図２に
示すように、副室壁体１０の外周面１２とシリンダヘッ
ド３の穴部９壁面との間には断熱空気層１１が形成さ
れ、副室壁体１０とシリンダヘッド３との接触する部分
１７の面積を小さく構成することができ、副室壁体１０
からシリンダヘッド３への熱流を絞る構造に構成するこ
ともできる。

【００１６】衝突部分５を副室壁体１０の厚さを、例え
ば、１〜２ｍｍ程度に薄く構成することによって、該部
分の壁体の熱容量は小さくなり、壁面は副室２内のガス
への追従性が良くなり、しかも壁体１０を薄くすること
で熱流の流動が絞られて衝突部分５に熱が溜り、衝突部
分５の温度上昇を図ることができ、短時間で高温にな
る。衝突部分５が高温になれば、衝突した燃料噴霧Ｆは
直ちに気化混合が促進され、ＨＣ等の発生を低減するこ
とができ、また、副室２内で燃料リッチで燃焼させるこ
とで、ＮＯ_ｘの発生を低減できる。また、衝突部分５が
他の部分即ち厚肉部分６に比較して高温になれば、衝突
部分５は厚肉部分６に比較して熱膨張も大きくなり、圧
縮応力を受ける状態になるが、セラミックスは圧縮力に
対しては強いので、衝突部分５が熱負荷のため破損する
ようなことはない。

【００１７】また、副室壁体１０に形成された凹部７と
シリンダヘッド３の穴部９の壁面との間には、断熱層が
形成されている。凹部７内には、チタン酸アルミニウム
等のセラミックス、或いは窒化ケイ素、炭化ケイ素等の
セラミックスウィスカー、セラミックスファイバーから
成る低熱伝導材８が配置され、無駄容積を有効に利用し
て一層の断熱性を向上させている。即ち、凹部７に低熱
伝導材８を配置することによって、シリンダヘッド３を
通じて外部へ放散する熱エネルギーを低減させ、薄肉部
分即ち衝突部分の温度上昇を図ることができ、エンジン
性能の低下を防止する。凹部７内に低熱伝導材８を配置
した場合には、低熱伝導材８は副室壁体１０の衝突部分
５の緩衝材として機能することもできる。或いは、場合
によっては、上記断熱層に低熱伝導材８を配置せず、該
断熱層を断熱空気層に構成することもできることは勿論
である。

【００１８】

【考案の効果】この考案による副室式断熱エンジンは、
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、この副室式断熱エンジンは、副室内に燃料噴
射ノズルから噴射した燃料噴霧が衝突する副室壁体の衝
突部分を他の部分に比較して肉厚が薄く且つ熱容量が小
さくなるように前記副室壁体の外側を凹部形状に形成
し、前記凹部とシリンダヘッドの穴部壁面との間に断熱
層を形成したので、前記衝突部分の熱容量が小さく、温
度追従性を良好にし、前記衝突部分の熱流動を抑えて短
時間で温度上昇を図ることができる。即ち、該衝突部分
の壁温の上昇、温度上昇率の向上を図ることができるの
で、エンジン始動時、始動直後時、低負荷時或いはリタ
ード時等に、ＨＣ等の発生を低減する燃焼状態を得るこ
とができ、また前記副室への吸入空気量を抑え、圧縮比
を低下させることができ、燃料リッチで燃焼させてＮＯ
_ｘの発生を抑制できる。

【００１９】また、前記凹部内には、断熱層を形成する
ため、チタン酸アルミニウム等のセラミックスから成る
低熱伝導材が配置されているので、前記衝突部分の薄肉
部分からの前記シリンダヘッドを通じて外部に逃げる熱
の放散を低減でき、該衝突部分の一層の早急な高温化と
温度追従性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による副室式断熱エンジンの一実施例
を示す断面図である。

【図２】図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【符号の説明】

１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ４ 燃料噴射ノズル ５ 衝突部分 ６ 厚肉部分（他の部分） ７ 凹部 ８ 低熱伝導材 ９ 穴部 １０ 副室壁体 １１ 断熱層

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成した穴部に配置し
   た断熱構造の副室を形成した副室壁体及び前記副室内に
   燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有する副室式断熱エン
   ジンにおいて、前記燃料噴射ノズルから噴射した燃料噴
   霧が衝突する前記副室壁体の衝突部分を、他の部分に比
   較して熱容量を小さくして温度追従性を良好にするよう
   に、前記衝突部分に対応する前記副室壁体の外側のみに
   凹部を形成して前記他の部分に比較して肉厚を薄くし、
   更に前記副室壁体に形成された前記凹部と前記シリンダ
   ヘッドの前記穴部の壁面との間に断熱層を形成したこと
   を特徴とする副室式断熱エンジン。
2. 【請求項２】 前記凹部に形成された前記断熱層はチタ
   ン酸アルミニウム等のセラミックスから成る低熱伝導材
   から構成されている請求項１に記載の副室式断熱エンジ
   ン。