JP2855733B2 - 副室式アルコールエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，主燃焼室と副室を連絡孔で連通した副室
式アルコールエンジンに関する。

〔従来の技術〕

最近，車両用エンジンから排気される排気ガスによる
環境汚染が問題になり，アルコールエンジンが注目され
るようになっている。アルコールエンジンでは，排気ガ
ス中の炭酸ガス，炭化物の含有量は，ガソリン，軽油等
の燃料に比較して非常に少ないものである。ところが，
アルコール燃料を使うディーゼルエンジンでは，着火性
が悪くなるという問題点がある。即ち，アルコールは，
ガソリンに比較して気化するための潜熱が高く，例え
ば，ガソリンが燃料の0.7％の気化潜熱を要するのに対
し，アルコールが燃料の５％の気化潜熱を要するもので
あり，アルコール燃料は気化し難いという性質を有して
いるからである。しかも，燃料噴射ノズルから燃焼室内
の圧縮空気中に噴射されたアルコール燃料は，気化のた
めに圧縮空気及び燃焼室壁面の温度を低下させて着火を
悪化させている。

また，燃料噴射ノズルにおいて，噴口を２段で且つ多
噴孔に形成したものは，例えば，特開昭53−88413号公
報に開示されている。

更に，本出願人に係わる出願である特願平１−182453
号には，副室に赤熱体を設けた断熱アルコールエンジン
について開示されている。該断熱アルコールエンジン
は，低熱伝導率材から成る断熱構造の燃焼室の内壁部，
該燃焼室に配置したアルコール燃料噴射ノズル，該噴射
ノズルからの噴射アルコールが衝突する前記内壁部の壁
面に配置した高熱容量のセラミック材から成る赤熱体，
エンジンの作動状態を検出するセンサー，及び該センサ
ーからの検出値が所定の設定値より低い信号値に応答し
て前記赤熱体をオフする制御を行うコントローラから成
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで，アルコール燃料は，発熱量が約6000Kcol/k
gであり，軽油の発熱量に比較して約２分の１であるた
め，アルコール燃料の燃料噴射量は軽油の燃料噴射量よ
り多く噴射しなければならない。そこで，アルコール燃
料を主体とするエンジンをディーゼルサイクルで燃焼さ
せる場合，気化熱が大きいこと，発熱量が小さいこと等
により燃焼プロセス，燃焼室，噴射システム等は，通常
のエンジンと異なっている。また，アルコールを燃料と
するアルコールエンジンでは，部分負荷時の燃焼と高負
荷時の燃焼とでは，極めて異なっており，部分負荷時の
燃焼が極めて悪く問題を有している。

アルコール，例えば，メタノール燃料を使用する場合
に，上記のようにアルコールは気化熱が大きいため，ア
ルコールエンジンでは燃料気化のため圧縮空気の熱が奪
われ，未燃の中間生成物が排出されることが多い。従っ
て，アルコールエンジンでは，次の問題点を解決する必
要がある。

まず，エンジンの部分負荷等の低温時に，噴霧された
アルコール燃料に気化エネルギーを供給するため，燃焼
室が断熱され且つ燃焼室壁温の温度上昇が速いことであ
る。しかるに，断熱エンジンにおいて，アイドリング等
の部分負荷時には，燃焼室壁がそれほど高温度にならな
いため，着火，燃焼が良好にならず，着火ミス，不完全
燃焼が発生し，未燃ガス等のアルデヒド類の中間生成物
が発生し易く，刺激臭の強い排気ガスが排出されること
である。特に，アルコール燃料は気化するための潜熱が
高いため，エンジンの低速低負荷時には該燃焼室内壁面
は高温度の状態になっていないので，該壁面が燃料から
気化熱を奪い，気化を促進することができず，気化混合
気を成功し難い。その結果，燃焼も不完全となり，未燃
ガス発生の現象は大きく現れる。

更に，エンジンの全負荷等の高温時に，アルコール燃
料によって燃焼室壁体を冷却し，燃焼室の温度を余り高
温にしないことである。しかるに，断熱エンジンにおい
て，高負荷時には燃焼室壁が高温となるため，燃料の着
火，燃焼は良好に行われるが，燃焼室が余り高温になる
と，吸入効率が低下したり，異常発火燃焼を起こしたり
する。

一方，メタノールを燃料とすれば，燃焼温度が低いの
で,NO_xの排出が少なく，且つスモークの排出がなく,CO₂
の排出は石油燃料に比較し，半分に減少し，低公害エン
ジンとして理想的な特性を有している。

従って，上記の特性の中で，上記の問題点を解決する
ことは，メタノールエンジンの開発にとって重要なこと
である。

この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，燃料噴射ノズルから噴霧されたアルコール燃料に気
化エネルギーを充分に供給するため燃焼室が断熱され且
つ燃焼室壁温の温度上昇が速くなるように，燃焼室の構
造を内壁部の薄肉のセラミック材で構成し且つ該内壁部
の外側を断熱材で覆って内壁部をシリンダヘッド部と熱
伝導的に遮断し，該内壁部をガス温度に追従性が良好な
構造に構成し，燃焼室温度を短時間で上昇させ，また，
大量のアルコール燃料を気化促進するため，副室の中央
部位に耐熱性に富んだセラミック性の燃料噴射ノズルを
配置し，該燃料噴射ノズルとして噴口を多噴孔に形成
し，該燃料噴射ノズルの多噴孔を副室の内壁面に対向し
て開口するように設定し，該多噴孔から噴霧される燃料
噴射方向とスワールを発生させずに副室内へ流入させた
吸入空気の流れ方向とを直角方向に交叉させ，燃料噴霧
を副室内壁面に向かって衝突するように水平に噴射して
均一に分散させる副室式アルコールエンジンを提供する
ことである。

更に，この発明の目的は，部分負荷時には，燃焼が特
に悪いので，燃料に対する着火性を向上させるため，着
火源となるグロープラグを副室内に配置し，該グロープ
ラグに燃料を衝突させて着火燃料を補助し，且つ噴射燃
料の一部を前記グロープラグに衝突させ，最初の着火に
よって着火遅れを短縮して圧力の急上昇を防止し，次い
で火炎の伝播と共に，圧縮着火をして燃焼が拡散し，燃
焼室全体に火炎が存在する状態を避け，それによって，
アルコール燃料と吸入空気との良好な燃焼を行わせて未
燃燃料或いは中間生成物の排出を防止し,NO_xの生成を抑
制する副室式アルコール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，シリンダヘッドに配
置された副室を構成する断熱構造の副室ブロック，前記
副室に吸入空気を軸方向に流入させるため前記副室ブロ
ックの下部中央に形成され且つ前記副室と主燃焼室とを
連通する連絡孔，前記副室ブロックの中央内壁面に沿っ
て水平に配置された噴射燃料の一部が衝突するグロープ
ラグ，及び前記副室の軸心に沿って中央部まで伸びたノ
ズル本体の先端周囲部に形成され且つ前記副室の中央の
周壁面に対向して開口した多噴孔を有する燃料噴射ノズ
ルを具備し，前記燃料噴射ノズルの前記多噴孔からの噴
射燃料は前記吸入空気の流入方向に直角に交差するよう
に前記副室の中央の周壁面に向かって水平に噴射される
ことから成る副室式アルコールエンジンに関する。

前記グロープラグは，前記燃料噴射ノズルの多噴孔の
うち１〜２噴孔分の噴射燃料が衝突するように構成され
ている。

前記副室ブロックは，前記副室の壁面を構成する薄い
セラミック製内壁体，該内壁体の外面に配置した断熱部
材及び該断熱部材の外周に配置した金属製外筒から構成
されている。

更に，この副室式アルコールエンジンは，エンジンの
作動状態を検出するセンサー，及び該センサーによる所
定値以下の部分負荷信号に応答して前記グロープラグを
オンして加熱し，所定値以上の負荷信号に応答して前記
グロープラグをオフする制御を行うコントローラを有す
る。

〔作用〕

この発命による副室式アルコールエンジンは，上記の
ように構成されているので，前記副室の燃焼により空燃
比を制御し且つアルコールの燃焼温度が低いからNO_xの
発生を抑制することは勿論，前記副室ブロックの断熱構
造によって前記副室内の温度を短期に上昇させ，前記グ
ロープラグを着火源にすることで燃焼をアシストし，前
記燃料噴射ノズルからの噴霧方向はスワールを形成する
ことなく前記副室へ流入する吸入空気の流入方向と直角
に交叉させ，前記燃料噴射ノズルの多噴孔から噴射され
る燃料噴霧を前記副室内壁面に均一に分散させて該内壁
面に衝突させて燃料リッチな状態にし，特に，前記多噴
孔の位置を副室中央部に設定すると，前記副室内で後流
に空間が形成され，アルコール燃料の噴霧と吸入空気と
が理想的に混合して拡散し，良好な燃焼を行わせること
ができる。

従って，この副室式アルコールエンジンは，未燃燃料
或いは中間生成物の排出を防止でき,NO_xの生成を抑制
し，次いで前記副室から火炎は吹き出すことによって燃
料当量比は急激に低下し且つ燃焼温度が低下するので,N
O_xの生成を一層抑制することができる。

更に，この副室式アルコールエンジンは，前記グロー
プラグを前記燃料噴射ノズルの多噴孔の内１〜２噴孔分
の噴射燃料が衝突するように構成したので，噴射燃料が
前記グロープラグに衝突し，最初の着火によって着火遅
れを短縮して圧力の急上昇を防ぎ，次いで火炎の伝播に
よって燃焼は拡散し，圧縮着火して燃焼の悪化を防止す
る。

また，この副室式アルコールエンジンは，前記副室の
壁面を構成する薄いセラミック製内壁体，該内壁体の外
面に配置した断熱部材及び該断熱部材の外周に配置した
金属製外筒から副室ブロックを構成したので，前記内壁
体即ち燃焼室に面する壁面の熱容量が小さくなり，燃焼
ガス温度或いはアルコール燃料温度に迅速に追従でき，
最適温度に調節できる。従って，高温時は前記燃料噴射
ノズルから噴霧されたアルコール燃料で前記副室内壁面
を最適温度に冷却でき，前記燃料噴射ノズルの本体内で
の気化を抑制して噴霧を良好に達成でき，また，部分負
荷等の低温時には前記副室の前記内壁体のみを直ちに上
昇させ，噴射されたアルコール燃料を迅速に着火燃焼さ
せる。

更に，この副室式アルコールエンジンは，エンジンの
作動状態を検出するセンサー，及び該センサーによる所
定値以下の部分負荷信号に応答して前記グロープラグを
オンするコントローラを有するので，エンジンが部分負
荷時には，前記グロープラグによって燃料への着火燃焼
が確実に且つ迅速に達成され，未燃ガスの発生を抑制で
きる。

〔実施例〕

以下，図面を参照して，この発明による副室式アルコ
ールエンジンの実施例を説明する。第１図には，この発
明による副室式アルコールエンジンの一実施例が示され
ている。

この副室式アルコールエンジンは，主燃焼室1,該主燃
焼室１の上方に配置された副室ブロック20で形成される
副室2,副室２の中央部に噴口17を開口する燃料噴射ノズ
ル4,及び副室ブロック20の内壁面に配置されたグロープ
ラグ３を有している。副室２は，シリンダヘッド10に形
成された穴部９に配置されて副室ブロック20によって断
熱構造に構造されている。シリンダヘッド10はガスケッ
トを介してシリンダブロック８に固定されている。シリ
ンダブロック８に形成したシリンダにはシリンダライナ
13が嵌合している。主燃焼室１は，シリンダヘッド10の
ヘッド下面部，シリンダライナ13及びピストン11のピス
トンヘッド上面に囲まれる領域で形成される。従って，
主燃焼室１を形成する面，即ち，ヘッド下面部，シリン
ダライナ13及びピストン11のピストンヘッド部は，耐熱
性，耐腐食性，耐アルコール性に富んだセラミック材料
で構成することが好ましいものである。また，主燃焼室
１と副室２とを連通する連絡孔16は，シリンダヘッド10
の下面部に形成され且つ副室ブロック20の一部で断熱構
造に構成されている。この連絡孔16について，主燃焼室
１から副室２へ吸入空気がスワールを発生させない状態
で流入するように，ある程度大きなサイズに形成されて
いる。

この副室式アルコールエンジンは,2サイクルエンジン
として作動される例として示しており，図では吸排気ポ
ートが図示されていないが，排気バルブを配置した排気
ポートをシリンダヘッド10に形成してユニフロータイプ
に形成することもできる。また，吸気ポートはシリンダ
ライナ13が嵌合したシリンダブロック８の下部に形成さ
れている。なお，吸排気ポートをシリンダヘッドに形成
して４サイクルエンジンに構成できることは勿論であ
る。

この副室式アルコールエンジンは，特に，副室２の中
央部位まで伸び出したノズル本体19及び該ノズル本体19
の周囲に多段多噴孔の噴口17を有するアルコール燃料を
噴射する燃料噴射ノズル４を配置したこと，副室２を副
室ブロック20によって断熱構造に構成したこと，副室ブ
ロック20の内壁面にグロープラグ３を配置したこと，及
び第２図に示すように燃料噴射ノズル４の多噴孔の内１
〜２分孔（図では１噴孔）からの噴射燃料Ｆがグロープ
ラグ３に衝突するように構成されていることを特徴とす
る。

グロープラグ３は，燃料噴射ノズル４から副室２に中
央内壁面に向けて噴霧されるアルコール燃料が最も効率
的に接触できるように，副室２の中央内壁面の周方向に
配置されている。グロープラグ３は，例えば，窒化珪素
（Si₃N₄），炭化珪素（SiC）等のセラミック材料にタン
グステン等の導電体を埋め込んだ構造を有し，導電体に
電流を流すことによって加熱される。グロープラグ３
は，エンジンの作動状態に応じてコントローラ15によっ
てオン・オフ制御される。

この副室式アルコールエンジンは，エンジンの作動状
態を負荷センサー12或いは回転センサー14によって検出
し，該検出信号をコントローラ15に入力し，該検出信号
が所定の設定値以下の検出値，例えば，エンジンの部分
負荷信号に応答して，コントローラ15の指令によってグ
ロープラグ３をオンして加熱し，アルコール燃料の気化
を促進すると共に，燃料の着火燃焼を補助するものであ
る。エンジンの負荷信号は，燃料噴射ポンプ18から燃料
噴射ノズル４へ供給する燃料流量を検出するか，或いは
アクセルペダルの踏込み量を検出する負荷センサー12で
検出することができる。

また，燃料噴射ノズル４は，シリンダヘッド10に遮熱
筒を介在させて固定され，針弁が内部に配置されたノズ
ル本体が副室２を構成する断熱部材５と内壁体７とを貫
通することによって，ノズル本体19が副室２の中央部を
貫通して配置される。ノズル本体19は，副室２の中央部
まで伸びており，ノズル本体19の先端周囲部23（第３図
参照）に形成され且つ副室内周壁面に対向して開口する
多噴孔の噴口17を有している。噴口17の配置位置は，副
室２の上面29から下面の連絡孔16との入口部27までの高
さをｌとすると，例えば，副室２の上面29からl/2〜3l/
4に設定することができる。噴口17の位置を上記のよう
に設定すると，副室２内で後流に空間が形成され，アル
コール燃料の噴霧と吸入空気とが理想的に混合して拡散
することができる。

更に，燃料噴射ノズル４の燃料噴射タイミングは，圧
縮行程上死点前に設定されている。また，燃料が盛んに
なって副室２の壁温が高温になっている状態において，
燃料噴射ノズル４から噴射されてアルコール燃料が副室
２の内壁体７の内壁面に衝突すると，壁温が300℃以上
では，アルコール燃料が弾けて飛散し，該燃料噴霧は吸
入空気と一層良好に混合する。

また，エンジンの部分負荷時のような壁温の低い時に
は，アルコール燃料の衝突エネルギーで十分に吸入空気
と良好な混合気が生成され，しかも，グロープラグ３が
オンして加熱され，グロープラグ３に対して燃料噴射ノ
ズル４の多噴孔の内１〜２噴孔から噴射された噴射燃料
Ｆは，確実に且つ迅速に着火燃焼が補助される。従っ
て，グロープラグ３による最初の着火によって着火遅れ
を短縮して圧力の急上昇を防ぎ，火炎の伝播で圧縮着火
して良好な燃焼状態を得ることができる。

副室２の断熱構造を構成する副室ブロック20は，チタ
ン酸アルミニウム，チタン酸カリウム，チタン酸ナトリ
ウム等の低熱伝導材料から成る断熱部材5,該断熱部材５
の外周に嵌合した金属製外筒6,及び断熱部材５の内面に
配置した窒化珪素，炭化珪素，複合材料等の耐熱性で且
つ耐アルコール性のセラミック材料から成る内壁体７か
ら構成されている。金属製外筒６は，断熱部材５の外周
に燃嵌めによって嵌合し，副室ブロック20の強度を確保
している。更に，断熱部材５は，ヤング率の小さい上記
材料で製作することによって，内壁体７にかかる爆発時
の衝撃を吸収する緩衝材として機能させることができ
る。

また，連絡孔16の断熱構造は，副室２の延長として形
成され且つ副室２の断熱構造と同様に構成されている。
この構造において，副室２及び連絡孔16を形成する内壁
体７は，肉圧の薄い炭化珪素，窒化珪素等のセラミック
材料で構成し，その外側全面が断熱部材５で被覆され，
金属製外筒６及びシリンダヘッド10には直接接触してい
ない配置に構成されている。しかも，内壁体７のシェル
構造は，内壁体７を外側に位置する断熱部材５と一体的
に鋳込成型することによって構成される。従って，副室
２と連絡孔16は，高度の断熱構造を提供でき，副室２及
び連絡孔16内の熱エネルギーは，確実に封じ込められ
る。

また，副室２と連絡孔16との内壁体７を，薄肉構造及
び外面断熱構造に構成することによって，内壁体７は流
入する吸入空気とアルコール燃料との混合気の温度，燃
焼温度に対して追従性が良くなり，燃焼開始，部分負荷
等の低温時には，副室２は燃焼ガスによって直ちに気化
燃焼に適した高温になる。また，全負荷等の高温時に
は，副室２は燃料噴射ノズル４から噴霧されるアルコー
ル燃料で直ちに冷却され，同様に気化燃料に適した温度
にすることになる。従って，副室２及び連絡孔16の内壁
温を，アルコール燃料を気化させる最適温度に常に維持
することができる。

また，シリンダブロック８の下部に形成した吸気ポー
トから吸入空気を取り入れて２サイクルで作動し，且つ
ディーゼルサイクルで作動することができる。この場合
に，吸入空気量を制限すると，副室２内の燃料当量比を
大きくすることができ，副室２において主なる燃焼を行
わせてNO_xの生成を抑制することができる。しかも，副
室２での燃焼に次いで副室２から主燃焼室１へ火炎を吹
き出す。そこで，たとえ連絡孔16の内壁体７にアルコー
ル燃料が付着するようなことがあっても，該付着した燃
料は火炎の吹き出す時に燃焼し且つ反応するので，未燃
燃料或いは中間生成物は排気行程で排出されることがな
く，また，副室２から火炎は噴き出すことによって燃料
当量比は急激に低下し且つ燃焼温度が低下するので,NO_x
の生成を一層抑制することができる。

次に，この副室式アルコールエンジンに使用される燃
料噴射ノズル４の一例を，第３図及び第４図を参照して
説明する。第３図はこの副室式断熱エンジンに使用され
る燃料噴射ノズル４の一例を示す断面図，及び第４図は
第３図の線Ａ−Ａにおける断面図である。この燃料噴射
ノズル４は，副室２内に配置されるノズル本体19及びノ
ズル本体19内を上下動可能な針弁24から構成されてい
る。

ノズル本体19と針弁24は，副室２の燃焼室内に配置さ
れるため，耐熱性で且つ耐アルコール性に富んだ窒化珪
素，炭化珪素，複合材料等のセラミック材料で製作され
ている。更に，ノズル本体19の外面を，例えば，ジルコ
ニアファイバー等のセラミックファイバーから成る断熱
材を配置し，断熱材の外面を窒化珪素，炭化珪素等のセ
ラミック材料から成る遮熱部材を化学蒸着（CVD），嵌
合等で配置して一層耐熱性を向上させることもできる。
燃料噴射ノズル４を，上記の材料で製作すれば，摺動上
の問題，水混入の問題，高温上の問題等は何らトラブル
はない。ノズル本体19の内壁面と針弁24の外面との間に
は燃料通路21が形成される。また，ノズル本体19の先端
部には，燃料の溜まり部となるノズルサック22,及びノ
ズルサック22に溜まった材料を外部に噴射するための噴
口17が形成されている。

従って，針弁24が燃料噴射ポンプ（図示せず）の噴射
圧を受けてばね力に抗してノズル本体19に対して上方に
移動すると，燃料通路21とノズルサック22とが連通し，
それによってアルコール燃料が多段多噴孔に形成された
噴口17から該ノズル本体19の外周を囲むように全周に渡
って均一に分散して噴霧されることになる。

この副室式アルコールエンジンに使用される燃料噴射
ノズル４は，副室２内に噴霧がほぼ均一に分布されるよ
うに，噴口17が配置される必要がある。そのため，ノズ
ル本体19に形成された噴口17の配列は，多噴孔である
程，噴霧は均一に分散されるが，断面同一面上に多くの
噴孔を配列すると，ノズル本体19が，破損したり，破断
する恐れがあり，また，ノズル本体19に噴孔を形成する
穿孔加工が困難になる。この燃料噴射ノズル４のノズル
本体19に形成した噴口17を，多噴孔に形成するため，ノ
ズル本体19の軸方向に位置をずらして多段に噴孔を形成
することによって達成している。即ち，燃料噴射ノズル
４に形成された噴口17は，全周壁部に形成され且つ多段
で多噴孔に形成されている。図では，ノズル本体19の軸
方向に噴孔を２段に形成し（第３図参照），且つ１段に
は４個の噴孔を形成している（第４図参照）。

次に，第１図，第２図及び第５図を参照して，この発
明による副室式アルコールエンジンの作動について説明
する。第５図はこの発明による副室式アルコールエンジ
ンの作動の一例を示す処理フロー図である。

エンジンの始動によって，燃料噴射ポンプ16,グロー
プラグ３等が駆動制御される。まず，第１ステップとし
て，エンジンを駆動することによって，エンジン回転数
は回転センサー14によって検出され，該検出信号はコン
トローラ15に入力される。エンジン負荷は，負荷センサ
ー12によって検出され，該検出信号はコントローラ15に
入力される（ステップ30）。

コントローラ15において，回転センサー17によって検
出されたエンジン回転数N_Eが予め計算された所定の回転
数N_E1より大きいか否かを比較して判断する（ステップ3
1）。

エンジン回転数N_Eが所定の回転数N_E1より小さい場合
には，エンジンは低速時であり，副室２を構成する副室
ブロック20,特に内壁体７は高温度になっていないの
で，燃料噴射ノズル４からアルコール燃料を副室２内に
噴射しても，噴射燃料は壁面から気化熱を奪うことがで
きない。そこで，コントローラ15からの指令によってグ
ロープラグ３をオンし，グロープラグ３の誘電体に電流
を供給する。電流を供給されたグロープラグ３は電力に
よって加熱され高温度になる（ステップ34）。

エンジン回転数N_Eが所定の回転数N_E1より大きい場合
には，エンジンは高速高負荷時であり，副室２を構成す
る副室ブロック20の内壁体７は高温度になっていると判
断し，次いで，コントローラ15において，負荷センサー
12によってエンジン負荷を検出したエンジン負荷L_Eが予
め計算された所定のエンジン負荷L_E1より大きいか否か
を比較して判断する（ステップ32）。

エンジン負荷L_Eが所定のエンジン負荷L_E1より小さい
場合には，エンジンは低負荷時であり，副室２を構成す
る副室ブロック20の内壁体７は高温度になっていないの
で，燃料噴射ノズル４からアルコール燃料を副室２内に
噴射しても，噴射燃料は壁面から気化熱を奪うことがで
きない。そこで，コントローラ15からの指令によってグ
ロープラグ３の導電体に電流を供給する（ステップ3
4）。電流を供給されたグロープラグ３は，電力によっ
て加熱され高温度になり，そこで，燃料噴射ノズル４か
ら噴射されるアルコール燃料は，電力によって加熱され
たグロープラグ３に衝突し，グロープラグ３によって着
火燃焼がスムースに行われ，アルデヒド類の未燃ガスの
発生を防止できる。

また，エンジン負荷L_Eが所定のエンジン負荷L_E1より
大きい場合には，エンジンは高速高負荷時であり，燃焼
が盛んに行われている状態であり，燃焼室内は高温度に
なり且つ副室２を構成する副室ブロック20の内壁体７は
高温度になっている。そこで，グロープラグ３をオンし
て加熱しなくても，アルコール燃料は，良好に気化が促
進され，良好に着火燃焼できる状態になっているから，
コントローラ15の指令によってグロープラグ３の導電体
へ供給する電流を停止し，即ち，グロープラグ３をオフ
状態にする（ステップ33）。そこで，燃料噴射ノズル４
から噴射されるアルコール燃料は，燃焼ガスによって加
熱された内壁体７に衝突し，内壁体７から熱を奪ってア
ルコール燃料は盛んに気化し，良好な混合気が生成さ
れ，噴射されたアルコール燃料はスムースに着火燃焼
し，アルデヒド類の中間生成物等の未燃ガスの発生を防
止できる。

〔発明の効果〕

この発明による副室式アルコールエンジンは，上記の
ように構成されているので，前記副室の燃焼により空燃
比を制御し且つアルコールの燃焼温度が低いのでNO_xの
発生を抑制することは勿論，前記副室の断熱構造によっ
て前記副室内の温度を短期に上昇させ，前記グロープラ
グを着火源にすることで燃焼をアシストし，前記燃料噴
射ノズルからの噴霧方向はスワールを形成することなく
前記副室へ流入する吸入空気の流入方向と直角状に交叉
させ，前記多噴孔から噴射される燃料噴霧を前記副室内
壁面に均一に且つ多量に分散させて該内壁面に衝突させ
て燃料リッチな状態にし，特に，前記多噴孔の位置を副
室中央部に設定すると，前記副室内で後流に空間が形成
され，アルコール燃料の噴霧と吸入空気とが理想的に混
合して拡散することができ，良好な燃焼を行わせること
ができ，従って,NO_x,未燃燃料或いは中間生成物の排出
を防止できる。

更に，前記グロープラグは前記燃料噴射ノズルの多噴
孔の内１〜２噴孔分の噴射燃料が衝突するように配置さ
れているので，噴射燃料が前記グロープラグに衝突し，
最初の着火によって着火遅れを短縮して圧力の急上昇を
防ぎ，次いで火炎の伝播によって燃焼は拡散し，圧縮着
火して燃焼の悪化を防止する。

また，前記副室から前記主燃焼室へ火炎は噴き出す
が，たとえ前記連絡孔の壁面に前記燃料噴射ノズルから
壁面に向けて噴射したアルコール燃料が付着するような
ことがあっても，該付着した燃料は火炎の吹き出す時に
燃焼し且つ反応するので，未燃燃料或いは中間生成物は
排気行程で排出されることがなく，しかも前記副室から
火炎は吹き出すことによって燃料当量比は急激に低下し
且つ燃焼温度が低下するので,NO_xの生成を一層抑制する
ことができる。

従って,NO_xの生成を抑制し，次いで前記副室から火炎
は吹き出すことによって燃料当量比は急激に低下し且つ
燃焼温度が低下するので,NO_xの生成を一層抑制すること
ができる。

また，前記副室の壁面を構成する薄いセラミック製内
壁体，該内壁体の外面に配置した断熱部材及び該断熱部
材の外周に配置した金属製外筒から副室ブロックを構成
したので，前記内壁体は即ち燃焼室に面する壁面の熱容
量が小さくなり，燃焼ガス温度或いはアルコール燃料温
度に迅速に追従できるようになり，前記副室の温度を気
化燃焼によって最適の温度に調節できる。即ち，エンジ
ンの部分負荷等の低温時には，前記副室の前記内壁体の
みを燃焼ガスで直ちに上昇させることができ，前記副室
内の温度を短期に上昇させ，前記燃料噴射ノズルから噴
霧されたアルコール燃料と吸入空気との混合気を迅速に
着火燃焼させることができる。また，エンジンの全負荷
等の高温時には，前記燃料噴射ノズルから噴霧されたア
ルコール燃料で前記副室を最適温度に冷却でき，前記副
室の温度を余り高温にしない。従って，前記副室内に位
置する前記燃料噴射ノズルの前記ノズル本体の過熱を防
止し，前記燃料噴射ノズルの前記ノズル本体内での気化
を抑制して良好な噴霧ができる。それ故，前記燃料噴射
ノズル内に存在するアルコール燃料が気化して噴霧状態
が異常になることがなく，前記燃料噴射ノズルからの噴
霧は正常に行われ，引き続いての燃料の着火，燃焼は良
好に行われる。また，前記副室，前記連絡孔及び前記主
燃焼室が余り高温になって，吸入効率が低下することも
ない。

更に，エンジンの作動状態を検出するセンサー，及び
該センサーによる所定値以下の負荷信号に応答して前記
グロープラグもオンして加熱し，所定値以上の負荷信号
に応答して前記グロープラグをオフする制御を行うコン
トローラを有するので，エンジンの作動状態の検出値が
所定の設定値より高い信号値，言い換えれば，エンジン
の高速高負荷時には，副室内は高温度になっているの
で，前記グロープラグに電流を流して加熱しなくても，
アルコール燃料は良好に気化して確実に着火燃焼できる
から，前記グロープラグはオフ状態にし，前記内壁体を
噴霧するアルコール燃料で冷却して熱を奪い，該作動領
域での異常発火の発生を防止すると共に，アルコール燃
料を盛んに気化させ，良好なアルコール混合気を生成し
て着火燃焼をスムースに行わせる。

また，エンジンの作動状態の検出値が所定の設定値よ
り低い信号値，言い換えれば，エンジンの低速低負荷時
には，副室は高温度になっていないので，該作動状態に
応答してコントローラからの指令によって前記グロープ
ラグに電流を流して前記グロープラグを加熱し，加熱さ
れた前記グロープラグに噴射アルコール燃料が衝突させ
て着火燃焼をアシストし，噴射されたアルコール燃料を
スムースに着火燃焼させ，アルデヒト等の未燃ガスの発
生を防止し，また排気ガスの臭気等の発生を防止でき
る。

それ故に，この副室式アルコールエンジンは，全作動
領域において，副室における前記グロープラグのオン・
オフ制御によって前記副室内の温度を常に最適温度に維
持できるので，前記燃料噴射ノズルから噴射されるアル
コール燃料は気化潜熱が高いにもかかわらず，常に気化
が促進され，良好な混合気が生成されると共に，着火が
確実に起こり，スムースな燃焼を達成でき，且つ未燃ガ
ス,NO_xの発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による副室式アルコールエンジンの一
実施例を示す断面図，第２図は第１図の線II−IIにおけ
る断面図，第３図は第１図の副室式アルコールエンジン
に使用する燃料噴射ノズルの一例を示す断面図，第４図
は第３図の線Ａ−Ａにおける断面図，及び第５図はこの
発明による副室式アルコールエンジンの作動の一例を示
す処理フロー図である。 １……主燃焼室,2……副室,3……グロープラグ,4……燃
料噴射ノズル,5……断熱部材,6……金属製外筒,7……内
壁体,10……シリンダヘッド,16……連絡孔,17……噴口
（多噴孔）,19……ノズル本体,12……負荷センサー,14
……回転センサー,15……コントローラ,20……副室ブロ
ック,F……噴射燃料。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドに配置された副室を構成す
   る断熱構造の副室ブロック，前記副室に吸入空気を軸方
   向に流入させるため前記副室ブロックの下部中央に形成
   され且つ前記副室と主燃焼室とを連通する連絡孔，前記
   副室ブロックの中央内壁面に沿って水平に配置された噴
   射燃料の一部が衝突するグロープラグ，及び前記副室の
   軸心に沿って中央部まで伸びたノズル本体の先端周囲部
   に形成され且つ前記副室の中央の周壁面に対向して開口
   する多噴孔を有する燃料噴射ノズルを具備し，前記燃料
   噴射ノズルの前記多噴孔からの噴射燃料は前記吸入空気
   の流入方向に直角に交差するように前記副室の中央の周
   壁面に向かって水平に噴射されることから成る副室式ア
   ルコールエンジン。
2. 【請求項２】前記グロープラグは前記燃料噴射ノズルの
   前記多噴孔のうち１〜２噴孔分の噴射燃料が衝突するよ
   うに構成したことから成る請求項１に記載の副室式アル
   コールエンジン。
3. 【請求項３】前記副室ブロックは前記副室の壁面を構成
   する薄いセラミック製内壁体，該内壁体の外面に配置し
   た断熱部材及び該断熱部材の外周に配置した金属製外筒
   から構成したことから成る請求項１に記載の副室式アル
   コールエンジン。
4. 【請求項４】エンジンの作動状態を検出するセンサー，
   及び該センサーによる所定値以下の負荷信号に応答して
   前記グロープラグをオンして加熱し，所定値以上の負荷
   信号に応答して前記グロープラグをオフする制御を行う
   コントローラを有することから成る請求項１に記載の副
   室式アルコールエンジン。