JP2906594B2 - 副室式断熱エンジン - Google Patents
副室式断熱エンジンInfo
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- JP2906594B2 JP2906594B2 JP16564490A JP16564490A JP2906594B2 JP 2906594 B2 JP2906594 B2 JP 2906594B2 JP 16564490 A JP16564490 A JP 16564490A JP 16564490 A JP16564490 A JP 16564490A JP 2906594 B2 JP2906594 B2 JP 2906594B2
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- Japan
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- chamber
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- fuel injection
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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，燃料噴射ノズルを備えた断熱構造の副室
に燃料噴射ノズルを設けた副室式断熱エンジンに関す
る。
に燃料噴射ノズルを設けた副室式断熱エンジンに関す
る。
従来，エンジンの副室構造は，例えば，実開昭60−10
7328号公報に開示されている。該公報に開示されたエン
ジンの副室構造は，主燃焼室と連通する副室を備え，該
副室内壁をセラミック部材で構成したものであり，セラ
ミック部材外周に断熱空間を形成し，且つ該断熱空間に
熱伝導度の低い繊維状物質を充填したものである。副室
には，燃料噴射ノズル及びグロープラグが設けられた構
造に構成されている。
7328号公報に開示されている。該公報に開示されたエン
ジンの副室構造は，主燃焼室と連通する副室を備え，該
副室内壁をセラミック部材で構成したものであり，セラ
ミック部材外周に断熱空間を形成し，且つ該断熱空間に
熱伝導度の低い繊維状物質を充填したものである。副室
には，燃料噴射ノズル及びグロープラグが設けられた構
造に構成されている。
また，副室式内燃機関の副燃焼室は，例えば，実開昭
59−21024号公報に開示されている。該副室式内燃機関
の副燃焼室は，シリンダヘッドに過流室燃焼室を有し，
該過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。
59−21024号公報に開示されている。該副室式内燃機関
の副燃焼室は，シリンダヘッドに過流室燃焼室を有し，
該過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。
しかしながら，前掲実開昭60−107328号公報に開示さ
れたエンジンの副室構造及び前掲実開昭59−21024号公
報に開示された副室式内燃機関の副燃焼室は，グロープ
ラグは燃料噴射ノズルのスワール流の下流側に位置し，
燃料噴射ノズルからの燃料はグロープラグに直接噴射さ
れる構造に構成されている。そのため，上記副室内の空
気を有効に利用することができず，噴射された燃料と副
室内に形成されるスワール流との混合は必ずしも良好な
混合気を形成することができず，NOx，スモーク等の発
生原因になり，エンジン出力の低下の原因になるという
問題を有している。
れたエンジンの副室構造及び前掲実開昭59−21024号公
報に開示された副室式内燃機関の副燃焼室は，グロープ
ラグは燃料噴射ノズルのスワール流の下流側に位置し，
燃料噴射ノズルからの燃料はグロープラグに直接噴射さ
れる構造に構成されている。そのため，上記副室内の空
気を有効に利用することができず，噴射された燃料と副
室内に形成されるスワール流との混合は必ずしも良好な
混合気を形成することができず，NOx，スモーク等の発
生原因になり，エンジン出力の低下の原因になるという
問題を有している。
また，燃料噴射ノズルからの燃料噴霧を副室壁体の壁
面に接近させると，噴霧半径即ちスプレーラジアスが大
きい噴射燃料が副室壁体の壁面に直接付着し，それが未
燃ガスとなって排出されるという問題がある。
面に接近させると，噴霧半径即ちスプレーラジアスが大
きい噴射燃料が副室壁体の壁面に直接付着し，それが未
燃ガスとなって排出されるという問題がある。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，シリンダヘッドに設けた副室をセラミック材料で高
度の断熱特性を得る構造に構成し，該副室に燃料噴射ノ
ズル及びグロープラグを配置し，燃料噴射ノズルから噴
射される燃料をスワール流の最適領域に噴霧して空気の
利用率を高め，副室壁体の壁面に離れた状態に沿ってス
ワール流に流されながら良好な混合気を生成して燃焼さ
せ，スモーク，NOx等の発生を抑制し，エンジン出力を
向上させる副室式断熱エンジンを提供することである。
り，シリンダヘッドに設けた副室をセラミック材料で高
度の断熱特性を得る構造に構成し，該副室に燃料噴射ノ
ズル及びグロープラグを配置し，燃料噴射ノズルから噴
射される燃料をスワール流の最適領域に噴霧して空気の
利用率を高め，副室壁体の壁面に離れた状態に沿ってス
ワール流に流されながら良好な混合気を生成して燃焼さ
せ，スモーク，NOx等の発生を抑制し，エンジン出力を
向上させる副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，この発明は，主室に連通する
副室を断熱構造に構成するセラミック製副室壁体，燃料
噴射流線が前記副室壁体の平版面から離れ且つ該壁面に
沿って前記副室内のスワール方向に燃料を噴射する燃料
噴射ノズルに設けた主噴孔，前記燃料噴射ノズルの燃料
噴射流線よりスワール上流側に配置したグロープラグ，
及び該グロープラグに燃料の一部を噴射する前記燃料噴
射ノズルに設けた副噴孔を有し，前記主噴孔から噴射さ
れた燃料の噴射軌跡が前記副室壁体の壁面から離れる距
離を，前記副室の中心点から燃料噴射流線に垂直に交差
するまでの距離と前記副室の中心点から燃料噴射流線に
垂直に交差して前記副室壁体の壁面までの距離との比が
ほぼ30％以上になるように設定したことを特徴とする副
室式断熱エンジンに関する。
に構成されている。即ち，この発明は，主室に連通する
副室を断熱構造に構成するセラミック製副室壁体，燃料
噴射流線が前記副室壁体の平版面から離れ且つ該壁面に
沿って前記副室内のスワール方向に燃料を噴射する燃料
噴射ノズルに設けた主噴孔，前記燃料噴射ノズルの燃料
噴射流線よりスワール上流側に配置したグロープラグ，
及び該グロープラグに燃料の一部を噴射する前記燃料噴
射ノズルに設けた副噴孔を有し，前記主噴孔から噴射さ
れた燃料の噴射軌跡が前記副室壁体の壁面から離れる距
離を，前記副室の中心点から燃料噴射流線に垂直に交差
するまでの距離と前記副室の中心点から燃料噴射流線に
垂直に交差して前記副室壁体の壁面までの距離との比が
ほぼ30％以上になるように設定したことを特徴とする副
室式断熱エンジンに関する。
この発明による副室式断熱エンジンは，以上のように
構成されているので，噴射燃料は副室壁体の壁面に沿っ
てスワールに流されながら空気と混合して良好な混合気
を生成して燃焼される。この時，燃焼した高温ガスは比
重が軽いためスワールの中心部位へ集まり，中心部位に
存在していた低温空気と入れ代わり燃焼を続ける。しか
も，噴射燃料を壁面に沿わした方が外周部から燃焼する
ため副室内の空気を有効に使用することができ，スモー
ク等の未燃ガスの発生を低減し，エンジン出力を向上さ
せる。また，噴霧が外周部になるので，主たる燃焼は低
温領域で行われ，副室中央部のガス雰囲気中に燃料が流
入し，燃料リッチな状態で燃焼してNOxの発生を抑制す
ることができる。
構成されているので，噴射燃料は副室壁体の壁面に沿っ
てスワールに流されながら空気と混合して良好な混合気
を生成して燃焼される。この時，燃焼した高温ガスは比
重が軽いためスワールの中心部位へ集まり，中心部位に
存在していた低温空気と入れ代わり燃焼を続ける。しか
も，噴射燃料を壁面に沿わした方が外周部から燃焼する
ため副室内の空気を有効に使用することができ，スモー
ク等の未燃ガスの発生を低減し，エンジン出力を向上さ
せる。また，噴霧が外周部になるので，主たる燃焼は低
温領域で行われ，副室中央部のガス雰囲気中に燃料が流
入し，燃料リッチな状態で燃焼してNOxの発生を抑制す
ることができる。
以下，図面を参照して，この発明による副室式断熱エ
ンジンの実施例を詳述する。
ンジンの実施例を詳述する。
第１図には，この発明による副室式断熱エンジンの一
実施例を示す断面図が示されている。この副室式断熱エ
ンジンは，主として，孔部14を備えたシリンダブロック
11,孔部14に嵌合したシリンダライナ15,シリンダブロッ
ク11にガスケット21を介して固定したシリンダヘッド1
0,シリンダヘッド10に形成された副室2,副室２に配置さ
れた燃料噴射ノズル３とグロープラグ5,シリンダライナ
15内を往復運動するピストンヘッド９を備えたピストン
6,及びピストンヘッド９に形成され且つ副室２と連絡孔
20を通じて連通する主室１を有している。また，シリン
ダヘッド10には，吸気ポートと排気ポートが形成され，
吸気ポートと排気ポートには吸気バルブと排気バルブが
それぞれ配置されている（図示せず）。
実施例を示す断面図が示されている。この副室式断熱エ
ンジンは，主として，孔部14を備えたシリンダブロック
11,孔部14に嵌合したシリンダライナ15,シリンダブロッ
ク11にガスケット21を介して固定したシリンダヘッド1
0,シリンダヘッド10に形成された副室2,副室２に配置さ
れた燃料噴射ノズル３とグロープラグ5,シリンダライナ
15内を往復運動するピストンヘッド９を備えたピストン
6,及びピストンヘッド９に形成され且つ副室２と連絡孔
20を通じて連通する主室１を有している。また，シリン
ダヘッド10には，吸気ポートと排気ポートが形成され，
吸気ポートと排気ポートには吸気バルブと排気バルブが
それぞれ配置されている（図示せず）。
更に，この副室式断熱エンジンにおいて，燃料噴射ノ
ズル３は，主噴孔４と副噴孔13を備えたものである。燃
料噴射ノズル３は，ノズル本体18,及びノズル本体18内
で上下動して主噴孔４と副噴孔13を開閉する針弁17を有
しており，針弁17が主噴孔４と副噴孔13を開放すること
で燃料溜まり19の燃料を副室２へ噴射するものである。
しかも，燃料噴射ノズル３の主噴孔４からは燃料の大部
分を副室２の気中に噴射し，副噴孔13からは燃料の少量
をグロープラグ５に直接噴射するように構成されてい
る。
ズル３は，主噴孔４と副噴孔13を備えたものである。燃
料噴射ノズル３は，ノズル本体18,及びノズル本体18内
で上下動して主噴孔４と副噴孔13を開閉する針弁17を有
しており，針弁17が主噴孔４と副噴孔13を開放すること
で燃料溜まり19の燃料を副室２へ噴射するものである。
しかも，燃料噴射ノズル３の主噴孔４からは燃料の大部
分を副室２の気中に噴射し，副噴孔13からは燃料の少量
をグロープラグ５に直接噴射するように構成されてい
る。
燃料噴射ノズル３は，針弁17の上昇の初期において副
噴孔13が開口し，次いで針弁17のリフト量が大きくなっ
て主噴孔４が開口するものである。従って，燃料噴射ノ
ズル３を使用すれば，エンジンの始動時等には，先ず副
噴孔13から燃料がグロープラグ５に噴射されて燃料が着
火燃焼し，次いで，針弁17のリフト量が大きくなって主
噴孔４から燃料が副室２の気中に噴射されて燃焼が盛ん
になる。
噴孔13が開口し，次いで針弁17のリフト量が大きくなっ
て主噴孔４が開口するものである。従って，燃料噴射ノ
ズル３を使用すれば，エンジンの始動時等には，先ず副
噴孔13から燃料がグロープラグ５に噴射されて燃料が着
火燃焼し，次いで，針弁17のリフト量が大きくなって主
噴孔４から燃料が副室２の気中に噴射されて燃焼が盛ん
になる。
この副室式断熱エンジンは，特に，副室２に燃焼噴射
ノズル３及び混合気を着火するグロープラグ５を配置
し，燃焼噴射ノズル３から噴射される燃料の噴射領域を
所定の部位に設定したことに特徴を有している。この副
室式断熱エンジンは，副室２をセラミック製副室壁体８
によって断熱構造に構成し，副室２に燃料を噴射する燃
料噴射ノズル３から噴射された燃料の燃料噴射流線が副
室壁体８の壁面16から離れ且つ該壁面16に沿って矢印で
示すスワール方向に燃料を噴射させ，燃料噴射ノズル３
の燃料噴射流線よりスワール上流側に配置したグロープ
ラグ５に燃料の一部を噴射させるものである。
ノズル３及び混合気を着火するグロープラグ５を配置
し，燃焼噴射ノズル３から噴射される燃料の噴射領域を
所定の部位に設定したことに特徴を有している。この副
室式断熱エンジンは，副室２をセラミック製副室壁体８
によって断熱構造に構成し，副室２に燃料を噴射する燃
料噴射ノズル３から噴射された燃料の燃料噴射流線が副
室壁体８の壁面16から離れ且つ該壁面16に沿って矢印で
示すスワール方向に燃料を噴射させ，燃料噴射ノズル３
の燃料噴射流線よりスワール上流側に配置したグロープ
ラグ５に燃料の一部を噴射させるものである。
この場合，第３図に示すように，副室壁体８の壁面16
から離れ且つ壁面16に沿って矢印で示すスワール方向
に，燃料噴射ノズル３の主噴孔４からの燃料をスワール
流中に噴射させ，燃料噴射ノズル３の副噴孔13からグロ
ープラグ５に燃料の一部を噴射させるように構成するこ
とである。
から離れ且つ壁面16に沿って矢印で示すスワール方向
に，燃料噴射ノズル３の主噴孔４からの燃料をスワール
流中に噴射させ，燃料噴射ノズル３の副噴孔13からグロ
ープラグ５に燃料の一部を噴射させるように構成するこ
とである。
具体的には，第３図に示すように，燃料噴射軌跡が副
室壁体８の壁面から離れる距離Ｘを，副室２の中心点Ｏ
から燃料噴射流線Ｆに垂直に交差するまでの距離Ｓと副
室２の中心点Ｏから燃料噴射流線に垂直に交差して副室
壁体８の壁面16までの距離Ｒとの比:S/Rがほぼ30％以上
になるように設定したことである。ここで，距離Ｓと距
離Ｒとの比:S/Rを％で表した量をスプレーラジアスPRと
いう。
室壁体８の壁面から離れる距離Ｘを，副室２の中心点Ｏ
から燃料噴射流線Ｆに垂直に交差するまでの距離Ｓと副
室２の中心点Ｏから燃料噴射流線に垂直に交差して副室
壁体８の壁面16までの距離Ｒとの比:S/Rがほぼ30％以上
になるように設定したことである。ここで，距離Ｓと距
離Ｒとの比:S/Rを％で表した量をスプレーラジアスPRと
いう。
また，副室２は，シリンダヘッド10に形成した穴部に
断熱空気層12を介して配置した鋳込金属部材７及び該鋳
込金属部材７内に配置したセラミック材料から成る副室
壁体８から構成して高度の断熱構造に構成されている。
断熱空気層12を介して配置した鋳込金属部材７及び該鋳
込金属部材７内に配置したセラミック材料から成る副室
壁体８から構成して高度の断熱構造に構成されている。
この副室式断熱エンジンにおいて，副室２を構成する
副室壁体８は，チタン酸アルミニウム（Al2TiO5），窒
化珪素（Si3N4），炭化珪素（SiC），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。また，鋳込
金属部材７は，アルミニウム等の金属材料から構成され
ている。
副室壁体８は，チタン酸アルミニウム（Al2TiO5），窒
化珪素（Si3N4），炭化珪素（SiC），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。また，鋳込
金属部材７は，アルミニウム等の金属材料から構成され
ている。
この副室式断熱エンジンでは，燃料噴射ノズル３は燃
料噴射ポンプ（図示せず）から供給される燃料を副室２
が噴射するものである。更に，例えば，燃料噴射ポンプ
にはポンプ作動用プーリが設けられている。ポンプ作動
用プーリは，クランクシャフトに取付け且つクランクシ
ャフトと一体に回転するクランクプーリにタイミングベ
ルトによって駆動連結されている。従って，エンジン駆
動に伴って燃料噴射ポンプはタイミングベルトによって
駆動される。また，燃料噴射ノズル３は，コントローラ
（図示せず）の指令に応じて電気的に開閉作動する針弁
を備えた電気式噴射ノズルから構成することができる。
その場合には，例えば，該コントローラの指令を受け
て，燃料噴射ノズル３は圧縮行程前半に針弁が開放して
燃料を副室２に噴射するようにコントロールすることが
できる。
料噴射ポンプ（図示せず）から供給される燃料を副室２
が噴射するものである。更に，例えば，燃料噴射ポンプ
にはポンプ作動用プーリが設けられている。ポンプ作動
用プーリは，クランクシャフトに取付け且つクランクシ
ャフトと一体に回転するクランクプーリにタイミングベ
ルトによって駆動連結されている。従って，エンジン駆
動に伴って燃料噴射ポンプはタイミングベルトによって
駆動される。また，燃料噴射ノズル３は，コントローラ
（図示せず）の指令に応じて電気的に開閉作動する針弁
を備えた電気式噴射ノズルから構成することができる。
その場合には，例えば，該コントローラの指令を受け
て，燃料噴射ノズル３は圧縮行程前半に針弁が開放して
燃料を副室２に噴射するようにコントロールすることが
できる。
この発明による副室式断熱エンジンは，上記のように
構成しているので，次のように作用する。
構成しているので，次のように作用する。
この副室式断熱エンジンは，燃料噴射ノズル３の主噴
孔４から噴射された燃料は副室壁体８の壁面16から離れ
たスワール流領域に噴射され，スワール流に流されなが
ら良好な混合気を生成し，燃焼させることによってパー
ティクルの発生が低減され，燃料は中心部の高温領域で
なく壁面16に近い低温領域に噴射されて該領域で燃料リ
ッチで主たる燃焼を行うので，NOxの発生が抑制され
る。
孔４から噴射された燃料は副室壁体８の壁面16から離れ
たスワール流領域に噴射され，スワール流に流されなが
ら良好な混合気を生成し，燃焼させることによってパー
ティクルの発生が低減され，燃料は中心部の高温領域で
なく壁面16に近い低温領域に噴射されて該領域で燃料リ
ッチで主たる燃焼を行うので，NOxの発生が抑制され
る。
即ち，燃料噴射ノズル３からの噴射燃料は副室壁体８
の壁面16に沿ってスワールに流されながら空気と混合し
て混合気を生成し，燃焼される。この時，燃焼した高温
ガスは比重が軽いためスワールの中心部位へ集まり，中
心部位に存在していた低温空気と入れ代わり燃焼を続け
る。しかも，噴射燃料を壁面16に沿わした方が外周部か
ら燃焼するため副室２内の空気を有効に使用することが
でき，スモーク等の未燃ガスの発生を低減し，出力を向
上させる。
の壁面16に沿ってスワールに流されながら空気と混合し
て混合気を生成し，燃焼される。この時，燃焼した高温
ガスは比重が軽いためスワールの中心部位へ集まり，中
心部位に存在していた低温空気と入れ代わり燃焼を続け
る。しかも，噴射燃料を壁面16に沿わした方が外周部か
ら燃焼するため副室２内の空気を有効に使用することが
でき，スモーク等の未燃ガスの発生を低減し，出力を向
上させる。
また，燃料噴射ノズル３からの噴霧が副室内の外周部
になるので，副室２の中央部のガス雰囲気中に燃料が流
入し，燃料リッチな状態で燃焼して，NOxの発生を抑制
することができる。しかも，この副室式断熱エンジン
は，副室２の副室壁体８をセラミック材によって製作し
て副室２を断熱構造に構成しているので，副室壁体８の
壁面16が高温に保持されているため，ハイドロカーボン
HCの増加は抑制される。
になるので，副室２の中央部のガス雰囲気中に燃料が流
入し，燃料リッチな状態で燃焼して，NOxの発生を抑制
することができる。しかも，この副室式断熱エンジン
は，副室２の副室壁体８をセラミック材によって製作し
て副室２を断熱構造に構成しているので，副室壁体８の
壁面16が高温に保持されているため，ハイドロカーボン
HCの増加は抑制される。
次に，この副室式断熱エンジンについて，スタンダー
ドな設定位置に燃料噴射ノズルを配置した場合のものと
比較するため，燃料噴射ノズル３の設置位置即ち噴射方
向を変更して燃料を噴射した場合の試験の結果，即ち，
燃料噴射ノズル３の種々の噴射半径即ちスプレーラジア
スSR（％）に対応するスモークの発生量（％），正味平
均有効圧（kgf/cm2）及びNOxの発生量（ppm）を，第４
図，第５図及び第６図に示す。
ドな設定位置に燃料噴射ノズルを配置した場合のものと
比較するため，燃料噴射ノズル３の設置位置即ち噴射方
向を変更して燃料を噴射した場合の試験の結果，即ち，
燃料噴射ノズル３の種々の噴射半径即ちスプレーラジア
スSR（％）に対応するスモークの発生量（％），正味平
均有効圧（kgf/cm2）及びNOxの発生量（ppm）を，第４
図，第５図及び第６図に示す。
第４図は燃料噴射ノズルのスプレーラジアスSRとスモ
ーク発生量との関係を示す線図，第５図は燃料噴射ノズ
ルのスプレーラジアルと正味平均有効圧との関係を示す
線図，及び第６図は燃料噴射ノズルのスプレーラジアス
SRとNOxの発生量との関係を示す線図である。
ーク発生量との関係を示す線図，第５図は燃料噴射ノズ
ルのスプレーラジアルと正味平均有効圧との関係を示す
線図，及び第６図は燃料噴射ノズルのスプレーラジアス
SRとNOxの発生量との関係を示す線図である。
第４図において，縦軸にスモーク発生量（％）をプロ
ットし，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）をプロッ
トしている。スモーク発生量（％）はスタンダードSTD
のスプレーラジアスSR22.64％の場合に比較してスプレ
ーラジアスSR34.58％の場合が少なくなっていることが
分かる。即ち，スモーク発生量を低減するためには，ス
プレーラジアスSRを約30％以上に設定することが好まし
いことが分かる。
ットし，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）をプロッ
トしている。スモーク発生量（％）はスタンダードSTD
のスプレーラジアスSR22.64％の場合に比較してスプレ
ーラジアスSR34.58％の場合が少なくなっていることが
分かる。即ち，スモーク発生量を低減するためには，ス
プレーラジアスSRを約30％以上に設定することが好まし
いことが分かる。
第５図において，縦軸に正味平均有効圧（kgf/cm2）
をプロットし，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）を
プロットしている。正味平均有効圧はスプレーラジアス
SRの割合に対してほぼ影響がないことが分かる。ここ
で，正味平均有効圧Pmeは，軸出力に対応する毎サイク
ルの仕事量を総行程容積で割った値（kgf/cm2）であ
る。即ち， Pme＝kPe／nVst 但し，Pe：軸出力（kW）,n:回転数（rpm），Vst：総
行程容積（ｌ）,k:定数 第６図において，縦軸にNOx発生量（ppm）をプロット
し，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）をプロットし
ている。NOx発生量（ppm）は，スタンダードSTDのスプ
レーラジアスSR22.64％の場合に比較してスプレーラジ
アスSR34.58％の場合が少なくなることが分かる。即
ち，NOx発生量を低減するためには，スプレーラジアスS
Rを約30％以上に設定することが好ましいことが分か
る。
をプロットし，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）を
プロットしている。正味平均有効圧はスプレーラジアス
SRの割合に対してほぼ影響がないことが分かる。ここ
で，正味平均有効圧Pmeは，軸出力に対応する毎サイク
ルの仕事量を総行程容積で割った値（kgf/cm2）であ
る。即ち， Pme＝kPe／nVst 但し，Pe：軸出力（kW）,n:回転数（rpm），Vst：総
行程容積（ｌ）,k:定数 第６図において，縦軸にNOx発生量（ppm）をプロット
し，且つ横軸にスプレーラジアスSR（％）をプロットし
ている。NOx発生量（ppm）は，スタンダードSTDのスプ
レーラジアスSR22.64％の場合に比較してスプレーラジ
アスSR34.58％の場合が少なくなることが分かる。即
ち，NOx発生量を低減するためには，スプレーラジアスS
Rを約30％以上に設定することが好ましいことが分か
る。
更に，この発明の副室式断熱エンジンは，副室２を断
熱構造にして熱エネルギーを回収すると共に，NOx発生
ゾーンでの燃焼を避けることであり，そのため，主とし
て燃焼する燃料当量比をリッチ状態にして燃焼させるこ
とである。それ故に，副室２の燃焼は混合気がリッチな
状態で着火して高温燃焼するので，NOx発生ゾーンでの
燃焼を避けることができ，また，副室２から主室１に火
災が吹き出されることによって急激に混合気はリーンな
状態になると共に，燃焼温度は低下してNOx発生ゾーン
での燃焼を避けることができる。従って，混合気の燃焼
時間全域においてNOxの発生を低減できる。
熱構造にして熱エネルギーを回収すると共に，NOx発生
ゾーンでの燃焼を避けることであり，そのため，主とし
て燃焼する燃料当量比をリッチ状態にして燃焼させるこ
とである。それ故に，副室２の燃焼は混合気がリッチな
状態で着火して高温燃焼するので，NOx発生ゾーンでの
燃焼を避けることができ，また，副室２から主室１に火
災が吹き出されることによって急激に混合気はリーンな
状態になると共に，燃焼温度は低下してNOx発生ゾーン
での燃焼を避けることができる。従って，混合気の燃焼
時間全域においてNOxの発生を低減できる。
この発明による副室式断熱エンジンは，以上のように
構成されているので，副噴孔から噴射された燃料はグロ
ープラグに直接噴射されて着火燃焼し，次いで，燃料噴
射ノズルの主噴孔からの燃料噴射がスワール流の最適領
域になり；しかも噴射された燃料は副室壁体の壁面に付
着することなく，スワール流領域に噴射され，スワール
流にのせられて良好な混合気を生成し，前記副室の外周
領域で燃焼し，ハイドロカーボン，パーティクルの発生
が抑制されると共に，燃料は中心部の高温領域でなく前
記壁面に近い低温領域に噴射されて，低温の外周領域で
燃料リッチで主たる燃焼を行うことができ，エンジン出
力を低下させることなく，スモークの発生及びNOxの発
生を抑制できる。
構成されているので，副噴孔から噴射された燃料はグロ
ープラグに直接噴射されて着火燃焼し，次いで，燃料噴
射ノズルの主噴孔からの燃料噴射がスワール流の最適領
域になり；しかも噴射された燃料は副室壁体の壁面に付
着することなく，スワール流領域に噴射され，スワール
流にのせられて良好な混合気を生成し，前記副室の外周
領域で燃焼し，ハイドロカーボン，パーティクルの発生
が抑制されると共に，燃料は中心部の高温領域でなく前
記壁面に近い低温領域に噴射されて，低温の外周領域で
燃料リッチで主たる燃焼を行うことができ，エンジン出
力を低下させることなく，スモークの発生及びNOxの発
生を抑制できる。
即ち，前記燃料噴射ノズルからの噴射燃料は前記副室
壁体の前記壁面に沿ってスワールに流されながら空気と
混合して混合気を生成して燃焼される。この時，燃焼し
た高温ガスは比重が軽いためスワールの中心部位へ集ま
り，中心部位に存在していた低温空気と入れ代わり燃焼
を続ける。しかも，噴射燃料を前記壁面に沿わした方が
外周部から燃焼するため前記副室内の空気を有効に使用
することができ，スモーク等の未燃ガスの発生を低減
し，出力を向上させる。また，前記燃料噴射ノズルから
の噴霧が外周部になるので，前記副室の中央部のガス雰
囲気中に燃料が流入し，燃料リッチな状態で燃焼して，
NOxの発生を抑制することができる。しかも，前記副室
を構成する前記副室壁体をセラミック材によって断熱構
造に構成しているので，前記副室壁体の前記壁面が高温
に保持されているため，ハイドロカーボンHCの増加は抑
制される。
壁体の前記壁面に沿ってスワールに流されながら空気と
混合して混合気を生成して燃焼される。この時，燃焼し
た高温ガスは比重が軽いためスワールの中心部位へ集ま
り，中心部位に存在していた低温空気と入れ代わり燃焼
を続ける。しかも，噴射燃料を前記壁面に沿わした方が
外周部から燃焼するため前記副室内の空気を有効に使用
することができ，スモーク等の未燃ガスの発生を低減
し，出力を向上させる。また，前記燃料噴射ノズルから
の噴霧が外周部になるので，前記副室の中央部のガス雰
囲気中に燃料が流入し，燃料リッチな状態で燃焼して，
NOxの発生を抑制することができる。しかも，前記副室
を構成する前記副室壁体をセラミック材によって断熱構
造に構成しているので，前記副室壁体の前記壁面が高温
に保持されているため，ハイドロカーボンHCの増加は抑
制される。
第１図はこの発明による副室式断熱エンジンの一実施例
を示す説明図，第２図は第１図の燃料噴射ノズルの一例
を示す説明図，第３図は燃料噴射ノズルの主噴孔からの
噴射状態を示す説明図，第４図は燃料噴射ノズルのスプ
レーラジアルとスモーク発生量との関係を示す線図，第
５図は燃料噴射ノズルのスプレーラジアルと正味平均有
効圧との関係を示す線図，及び第６図は燃料噴射ノズル
のスプレーラジアルとNOxの発生量との関係を示す線図
である。 １……主室,2……副室,3……燃料噴射ノズル,4……主噴
孔,5……グロープラグ,6……ピストン,7……鋳込金属,8
……副室壁体,9……ピストンヘッド,10……シリンダヘ
ッド,13……副噴孔,16……壁面。
を示す説明図，第２図は第１図の燃料噴射ノズルの一例
を示す説明図，第３図は燃料噴射ノズルの主噴孔からの
噴射状態を示す説明図，第４図は燃料噴射ノズルのスプ
レーラジアルとスモーク発生量との関係を示す線図，第
５図は燃料噴射ノズルのスプレーラジアルと正味平均有
効圧との関係を示す線図，及び第６図は燃料噴射ノズル
のスプレーラジアルとNOxの発生量との関係を示す線図
である。 １……主室,2……副室,3……燃料噴射ノズル,4……主噴
孔,5……グロープラグ,6……ピストン,7……鋳込金属,8
……副室壁体,9……ピストンヘッド,10……シリンダヘ
ッド,13……副噴孔,16……壁面。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)
- 【請求項１】主室に連通する副室を断熱構造に構成する
セラミック製副室壁体，燃料噴射流線が前記副室壁体の
壁面から離れ且つ該壁面に沿って前記副室内のスワール
方向に燃料を噴射する燃料噴射ノズルに設けた主噴孔，
前記燃料噴射ノズルの燃料噴射流線よりスワール上流側
に配置したグロープラグ，及び該グロープラグに燃料の
一部を噴射する前記燃料噴射ノズルに設けた副噴孔を有
し，前記主噴孔から噴射された燃料の噴射軌跡が前記副
室壁体の壁面から離れる距離を，前記副室の中心点から
燃料噴射流線に垂直に交差するまでの距離と前記副室の
中心点から燃料噴射流線に垂直に交差して前記副室壁体
の壁面までの距離との比がほぼ30％以上になるように設
定したことを特徴とする副室式断熱エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16564490A JP2906594B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 副室式断熱エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16564490A JP2906594B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 副室式断熱エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0458012A JPH0458012A (ja) | 1992-02-25 |
| JP2906594B2 true JP2906594B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=15816283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16564490A Expired - Lifetime JP2906594B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 副室式断熱エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2906594B2 (ja) |
-
1990
- 1990-06-26 JP JP16564490A patent/JP2906594B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0458012A (ja) | 1992-02-25 |
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