JP2853209B2 - 副室断熱エンジン - Google Patents

副室断熱エンジン

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JP2853209B2 JP28191589A JP28191589A JP2853209B2 JP 2853209 B2 JP2853209 B2 JP 2853209B2 JP 28191589 A JP28191589 A JP 28191589A JP 28191589 A JP28191589 A JP 28191589A JP 2853209 B2 JP2853209 B2 JP 2853209B2
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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,副室を備えた副室エンジンに関する。
〔従来の技術〕
一般に,副室式エンジンは,主室と副室とを有し,両
室をスロート即ち連絡孔によって連通している。主燃焼
室〔上死点(T.D.C.)での主燃料室の容積〕と副室との
容積割合は,現在主流のスワールチャンバタイプで,約
50%宛となっている。また,上記連絡孔の面積は,ピス
トン頂面の面積の0.9〜1.4%程度となっており,この連
絡孔より圧縮工程では副室内に強いスワールが発生し,
燃料と空気の混合が行われる。また,副室内での一次燃
焼後,燃焼ガスはこの連絡孔より主燃焼室に高速で噴出
し,主燃焼室に存在する新気と混合することにより,二
次の混合及び燃焼が行われる。上記の構成によって,副
室式エンジンは,燃料と空気の混合が副室と主燃焼室と
で2回行われ,混合状態が直接噴射式エンジンに比較し
て良好になり,一次燃焼と二次燃焼に分けられているた
め,NOxの生成が少ないという特性を有している。
従来,汎用ディーゼルエンジンの渦流式燃焼室とし
て,実開昭47−21005号公報に開示されたものがある。
該汎用ディーゼルエンジンの渦流式燃焼室は,渦流式燃
焼室における主噴孔を有する壁に,前記主噴孔と反対側
に主噴孔口径の少なくとも1/3以下の小口径であると共
に,前記主噴孔による渦流と反対方向の小渦流を生じる
ように,接線方向に明けられる副噴孔を設けられてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら,副室式エンジンは直接噴射式エンジン
に比較して,サイクル効率が低いという問題点を有して
いる。その理由は,一次燃焼から二次燃焼に移る時に,
断面積の小さな連絡孔を通るため,全体の燃焼時間が長
くなること,また,圧縮行程において連絡孔を通って空
気を圧縮する必要があるため,圧縮仕事が増大するから
である。
前掲実開昭47−21005号公報に開示された汎用ディー
ゼルエンジンの渦流式燃焼室は,主噴孔と反対側に主噴
孔口径の少なくとも1/3以下の小口径の副噴孔を設けて
いるが,該副噴孔は連絡孔の断面積を大きくするためで
なく,主噴孔による渦流と反対方向の小渦流を生じさせ
るように副噴孔を接線方向に明けたものである。従っ
て,連絡孔の断面積はそれほど大きくならず,また,連
絡孔はシリンダに対応するシリンダヘッド下面の外周部
位に形成されているため,スワール形成について主噴孔
と副噴孔との相対的形成方向を考慮しなければならな
い。
この発明の目的は,上記の課題を解決することであ
り,主燃焼室と副室とを連通する複数個の連絡孔を分離
した位置に形成して連絡孔全体の通路面積を拡大し,副
室への吸入空気導入の圧縮仕事を低減すると共に,副室
と主燃焼室での燃焼時間を短縮してサイクル効率を向上
させ,連絡孔面積の拡大によって副室内に形成されるス
ワールの低減をカバーするため,各連絡孔を複数個分離
して接線方向に形成すると共に,スワール即ち空気流動
の低減分を燃料噴射ノズルの噴孔をホールタイプの多噴
孔に形成して混合気形成を向上させ,更に,前記各連絡
孔からの火炎の噴出方向を吸気ポートから流入する吸入
空気による前記シリンダ内のスワール方向に対して対向
流にすることによって混合を迅速に行って短時間に燃焼
を完結する副室エンジンを提供することである。
〔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次のように構
成されている。即ち,この発明は,シリンダのほぼ中央
に位置する副室を構成する副室ブロック,前記副室を主
燃焼室に分離箇所で連通する複数個の連絡孔,及び前記
副室の中央上部に配置され且つホールノズルタイプの多
噴孔を備えた燃料噴射ノズルを具備し,前記各連絡孔か
ら前記シリンダへの火炎の噴出方向が,吸気ポートから
前記シリンダへ流入する吸入空気による前記シリンダ内
のスワール方向に対して対向流になる方向に前記各連絡
孔が前記副室ブロックに形成されていることから成る副
室エンジンに関する。
更に,前記副室ブロックは,シリンダヘッド下面部の
シリンダ対向中央に配置されたセラミック製副室ブロッ
クである。
また,前記主燃料室は,前記各連絡孔からの火炎の噴
出方向に沿ってピストンヘッド上面に形成された複数個
の主室を有するものである。
〔作用〕
この発明による副室エンジンは,以上のように構成さ
れており,次のように作用する。この副室エンジンは,
シリンダの中央部に位置する副室を主燃焼室に連通する
連絡孔を複数個形成し,前記副室に燃料噴射する燃料噴
射ノズルをホールノズルタイプの多噴孔に形成し,特
に,副室からシリンダへの火炎の噴出方向がシリンダ内
の吸気スワール方向に対して対向流になるように連絡孔
を形成したので,混合を迅速に行って短時間に燃焼を完
結させることができ,主燃焼室と副室とを連通する連絡
孔全体の通路面積を拡大することができ,副室と主燃焼
室での燃焼時間を短縮してサイクル効率を向上させ,し
かも,副室への吸入空気導入の圧縮仕事を低減できる。
また,スワール即ち空気流動の低減分を燃料噴射ノズル
の噴孔をホールタイプの多噴孔に形成することで混合気
形成を向上させる。
〔実施例〕
以下,図面を参照して,この発明による副室エンジン
の実施例を詳述する。
第1図はこの発明による副室エンジンの一実施例を示
す断面図,第1図(A)は第1図の副室の拡大断面図,
及び第2図は第1図のシリンダヘッド下面の平面図であ
る。
第1図において,この発明による副室エンジンの一実
施例が示されている。この副室エンジンは,主として,
セラミック材料から構成された副室ブロック4によって
副室2を構成し,副室ブロック4に分離した位置に形成
し且つ副室2に対して接線方向に形成した連絡孔3によ
って副室2と主燃焼室1とを連通したものである。副室
ブロック4は,シリンダヘッド10に気筒数に対応して形
成されたシリンダ中央に対応して穴部13に嵌合し,シリ
ンダに対してそのほぼ中央に位置するように取り付けら
れている。
この実施例は,副室ブロック4が,耐高温で且つ高強
度のセラミック材料,例えば,窒化珪素(Si2N4),炭
化珪素(SiC),チタン酸アルミニウム,複合材料等の
セラミック材料から断熱構造に構成されている副室断熱
エンジンが示されている。
副室ブロック4に形成された連絡孔3は,連絡孔面積
を増大させるため,複数個,図では3個分離箇所に形成
されている。副室ブロック4に形成した連絡孔3の形成
方向は,副室2に対して接線方向の同一方向に形成され
ている。従って,吸入行程において主燃焼室1から副室
2に流入する吸入空気は,副室2内でスワールを促進す
る方向に流入することになり,また,副室2からの火炎
は同様にスワールを促進するように主燃焼室1に噴出す
ることになる。
また,副室ブロック4の中央上部には,燃料噴射ノズ
ル8が配置されている。燃料噴射ノズル8の噴口は,ホ
ールノズルタイプの多噴孔に形成されている。従って,
燃料噴射ノズル8から噴射される燃料噴霧は,たとえ副
室2内のスワールが強力でなくても,十分に速く吸入空
気と混合気を生成することができる。
更に,図示していないが,副室ブロック4の断熱度及
び強度を向上させるため,副室ブロック4の外側に断熱
層及び該断熱層の外面に対して鋳込みによって金属ブロ
ックを配置してもよい。また,シリンダヘッド10の下面
部を,窒化珪素,炭化珪素,チタン酸アルミニウム等の
セラミック材料から断熱構造に構成することもできる。
副室ブロック4は,図では,シリンダ即ち気筒の中央
部位に対応してシリンダヘッド10に形成した穴部13に断
熱空気層7を形成した状態で嵌入されている。場合によ
っては,副室ブロック4は,断熱空気層を形成すること
なく,シリンダヘッド10に形成した穴部13に圧入等で嵌
合することもできる。
副室2には,副室2に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル
8が中央上部に取り付けられている。シリンダヘッド10
はヘッドガスケット14を介在してシリンダブロック11に
固定されている。シリンダブロック11に形成した複数の
シリンダにはシリンダライナ15が各々嵌合し,各シリン
ダライナ15には,ピストンリング16を嵌着したピストン
12が各々往復運動するように構成されている。また,副
室2には,場合によっては,副室2に噴霧された燃料の
着火を補助するグロープラグを設けることができる。
更に,シリンダヘッド10には,各シリンダに対応して
吸気ポート9及び排気ポート6が形成されており,シリ
ンダヘッド10の下面部にはバルブシートが形成されてい
る。該バルブシートには吸気ポート9を開閉するため吸
気バルブ17が配置され,また,排気ポート6を開閉する
ため排気バルブ18が配置されている。吸気ポート9及び
排気ポート6は,図示のように,1気筒即ち1シリンダに
2個ずつ形成されてもよく,また,図示していないが,1
個ずつ形成されてもよいものである。場合によっては,
図示していないが,吸気ポートはシリンダライナ15の下
部に形成した構造に構成することもできる。
また,副室ブロック4は,例えば,次のようにして製
造することができる。
副室ブロック4を,窒化珪素,炭化珪素,チタン酸ア
ルミニウム等のサーマルショックに強いセラミック材料
で製作する。副室ブロック4の製作については,副室2
及び複数個の連絡孔3を備えた副室ブロック4の形状に
一体構造で成形し,次いでそれを焼結して製作すること
ができる。或いは,副室ブロック4を上副室ブロックと
下副室ブロックに二分割して成形し焼結して製作し,次
いで,化学蒸着(CVD)等によって両者を接合して完成
する。又は,副室ブロック4を左副室ブロックと右副室
ブロックに二分割して成形し焼結して製作し,次いで,
化学蒸着等によって両者を接合して完成する。或いは,
副室ブロック4を,窒化珪素,炭化珪素,チタン酸アル
ミニウム等のセラミックウイスカー材で本体を製作し,
該本体の燃焼ガスに晒される面を窒化珪素,炭化珪素等
のモノリスセラミック材の薄膜を配置した構造に構成す
ることもできる。
第3図において,この発明による副室エンジンのピス
トンヘッド上面の平面図が示されている。
この実施例では,ピストン12は,ピストンヘッド部19
を窒化珪素(Si3N4),炭化珪素(SiC)等のセラミック
材料で断熱構造に構成することができる。ピストンヘッ
ド部19の上面には,各連絡孔3からの火炎の噴出方向に
沿って連絡孔3に対応して複数個(図では3個)の主室
5が形成されている。言い換えれば,各主室5は,副室
2に対して接線方向に副室ブロック4に形成した各連絡
孔3の形成方向の延長線上に伸びるようにし,ピストン
ヘッド部19の上面に半径方向斜め外向きにスワールを促
進する方向に形成されている。
主室5を上記のように形成することによって,ピスト
ン12が上死点(T.D.C.)に位置する圧縮行程端で,燃料
噴射ノズル8のホールタイプの多噴孔から噴射された燃
料は,副室2で形成されたスワール中に噴霧され,迅速
に混合して燃焼し,火炎が副室2から各連絡孔3を通じ
て各連絡孔3の形成方向に沿って矢印A(第4図参照)
の方向に主燃焼室1に噴出する。
一方,主燃焼室1では,第4図に示すように,吸気ポ
ート9の形成方向によって吸入空気によるスワールは矢
印B方向に形成されている。そこで,副室2から連絡孔
3を通って噴出された火炎の噴出方向は,吸気ポート9
から流入する吸入空気によるシリンダ20内のスワール方
向に対して対向流となる。従って,主室5に向かって噴
出された火炎は,主燃焼室1内のスワールと迅速且つ良
好に混合を達成し,燃焼を短時間のうちに完結して膨張
仕事を行うことができる。
〔発明の効果〕
この発明による副室エンジンは,以上のように構成さ
れているので,主燃焼室と副室とを連通する連絡孔を複
数個設けることで,連絡孔全体の通路面積を拡大するこ
とができ,副室と主燃焼室での燃焼時間を短縮してサイ
クル効率を向上させ,しかも,通路面積を拡大するので
流入抵抗は小さくなり,副室への吸入空気導入の圧縮仕
事を低減できる。
また,前記各連絡孔は前記副室ブロックに複数個分離
状態で形成されているので,前記副室でのスワールの形
成は促進され,連絡孔面積の拡大に伴うスワールの低減
をカバーできる。また,燃料噴射ノズルの噴孔をホール
タイプの多噴孔に形成することで混合気形成を促進し
て,スワール形成力の低減に伴う混合気生成の低減をカ
バーすることができる。
特に,前記副室からシリンダへ噴出する火炎の噴出方
向は,吸気ポートから流入する吸入空気による前記シリ
ンダ内の吸気スワールの方向に対向流で噴出され,前記
主燃料室の二次燃焼では,前記連絡孔から噴出される火
炎に吸入空気を迅速に混合し,燃焼を短時間で完結する
と共に,前記連絡孔が複数個であり,噴出流が2個以上
になるため,火炎と吸入空気との前記主燃焼室での混合
が促進され,燃焼時間も大幅に短縮でき,エンジン性能
を向上でき,排気管からの未燃ガスの排出を防止でき
る。
また,前記主燃焼室は前記各連絡孔からの火炎の噴出
方向に沿ってピストンヘッド上面に形成した複数個の主
室を有するので,前記副室から前記連絡孔を通って噴射
される火炎は前記各主室の形状に沿って噴出すると共
に,直ちに主燃焼室に形成されているスワールと混合し
てスワールが一層促進され,迅速に燃焼して燃焼時間を
短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による副室エンジンの一実施例を示す
断面図,第1図(A)は第1図の副室の拡大断面図,第
2図は第1図のシリンダヘッド下面の平面図,第3図は
この発明による副室エンジンのピストンヘッド上面の平
面図,及び第4図はこの発明による副室エンジンの噴射
方向を示す説明図である。 1……主燃焼室,2……副室,3……連絡孔,4……副室ブロ
ック,5……主室,8……燃料噴射ノズル,9……吸気ポー
ト,10……シリンダヘッド,13……穴部,19……ピストン
ヘッド部,20……シリンダ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 1/00 - 23/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダのほぼ中央に位置する副室を構成
    する副室ブロック,前記副室を主燃焼室に分離箇所で連
    通する複数個の連絡孔,及び前記副室の中央上部に配置
    され且つホールノズルタイプの多噴孔を備えた燃料噴射
    ノズルを具備し,前記各連絡孔から前記シリンダへの火
    炎の噴出方向が,吸気ポートから前記シリンダへ流入す
    る吸入空気による前記シリンダ内のスワール方向に対し
    て対向流になる方向に前記各連絡孔が前記副室ブロック
    に形成されていることから成る副室エンジン。
  2. 【請求項2】前記副室ブロックは,シリンダヘッド下面
    部のシリンダ対向中央に配置されたセラミック製副室ブ
    ロックである請求項1に記載の副室エンジン。
  3. 【請求項3】前記主燃焼室は前記各連絡孔からの火炎の
    噴出方向に沿ってピストンヘッド上面に形成された複数
    個の主室を有する請求項1に記載の副室エンジン。
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