JP3035990B2

JP3035990B2 - 副室式ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP3035990B2
Application number: JP2169928A
Authority: JP
Inventors: 敬治岸下
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH0460110A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、主室に連絡孔を通じて連通する副室を備
えた副室式ディーゼルエンジンに関する。

〔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。主室
（上死点T.D.C.での主室の容積）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％ずつ
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、連絡孔より圧
縮行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に、副室内の燃焼ガスは
連絡孔より主室に高速で噴出し、主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、燃料と空気と
の混合が副室と主室とで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、NO_xの生成が少ないという特
性を有している。

従来、渦流室付きエンジンとして、実開昭60−52344
号公報に開示されたものがある。該渦流室付きエンジン
は、主燃焼室と渦流室とをそれぞれ連通する第１噴口及
び第２噴口を備えており、前記両噴口は、該両噴口を通
して前記主燃焼室から前記渦流室へ導入される空気が互
いにほぼ平行に且つ逆方向に旋回する第１、第２の２つ
の渦流を生成するように指向形成され、前記渦流室には
前記第１の渦流と第２の渦流との間に臨むように点火プ
ラグが配置されている。

また、特開昭55−17688号公報には、ディーゼルエン
ジンが開示されている。該ディーゼルエンジンは、シリ
ンダの外側に位置する予燃焼室と、シリンダと予燃焼室
を相互に連通する伝達ダクトを含み、該伝達ダクトを介
して圧縮行程においてシリンダ内でピストンの摺動によ
り圧縮された空気を予燃焼室に導入するように構成され
ている。更に、該ディーゼルエンジンは、圧力下で燃料
を圧縮行程中に予燃焼室に導入するための燃料インジェ
クタを含み、予燃焼室が実質的にトロイド状でその基軸
がシリンダの軸に垂直であること、及びインジェクタが
予燃焼室と連通する複数の燃料微粒子化用ノズルを備え
た放出口端部を有し、且つ燃料インジェクタが上記基軸
と同軸であるように構成されている。

〔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60−52344号公報に開示された渦流室付き
エンジンについては、燃料噴射ノズルの噴孔は渦流室の
壁面に開口されている。そして、渦流室内に逆方向の２
つの渦流を発生させて乱れを生じさせているが、逆方向
のため渦流は弱くなっている。単噴孔による噴霧を渦流
室全体に拡散させて良好な混合気を形成するには、強い
渦流による分散が不可欠であり、該渦流室付きエンジン
のように、渦流室の壁面に開口した単一噴孔からの部分
的な燃料噴霧を渦流室全体に拡散させるのは困難とな
る。

また、副室式エンジンでは、燃焼後期の主室での良好
な燃焼を実現するため、連絡孔面積は比較的に小さい。
そのため、必然的に副室内の渦流は強くなり、且つ高い
副室壁温であるので、副室内の着火遅れは短く、これに
より発生した火炎は強い遠心力のため、燃焼室中央領域
に集まり、いわゆるサーマルピンチを発生し、副室内の
混合気形成が悪くなる。

通常、この現象が発生するのを防止するため、単孔ノ
ズルより噴霧を副室壁面に噴射し、強い渦流によって混
合気を外周側へ流し，燃焼ガスを中央領域に流して両者
を分流し、全体として良好な混合を達成している。

しかしながら、前掲特開昭55−17688号公報に開示さ
れたディーゼルエンジンでは、上記サーマルピンチの発
生を免れることができず、副室内の混合気形成が悪くな
るという問題を有している。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであ
り、主室と副室とを連通する複数個の連絡孔を副室壁体
の隔置位置にそれぞれ形成し、特に、各連絡孔を複数個
隔置して副室壁体の内壁面に対して接線方向に形成する
と共に、副室内に逆方向のスワールを形成するように前
記連絡孔を逆方向に前記副室壁体にそれぞれ隔置状態に
形成し、前記副室内の各スワールの境界面領域の中心に
開口した燃料噴射ノズルの多噴孔から境界面領域の半径
方向外向きに燃料を周囲全域にわたって複数の噴霧を行
い、対向方向に流れるスワールの境界面領域に発生する
強い乱れによって燃料噴霧と空気との混合を促進して短
期に良好な混合気を形成し、しかも乱れが発生するが、
スワール即ち渦流の速度を低下させてサーマルピンチの
発生を防止できる副室式ディーゼ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
室を構成する副室壁体、前記副室内に互いに逆方向のス
ワールを形成させるため前記副室壁体の内壁面に対して
その接線方向に互いに逆方向から隔置状態に形成された
複数個の連絡孔、及び前記副室内に逆方向に形成される
前記スワールの境界面領域の中心に開口し且つ前記スワ
ールの境界面領域の半径方向外向きに拡散状態に燃料を
噴射する多噴孔を備えた燃料噴射ノズルを有する副室式
ディーゼルエンジンに関する。

〔作用〕

この発明による副室式ディーゼルエンジンは、以上の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の副室式ディーゼルエンジンは、副室内に逆方向のスワ
ールを形成させるため前記副室の内壁面に対してその接
線方向に互いに逆方向から前記副室壁体に複数個の連絡
孔をそれぞれ隔置状態に形成し、各スワールの境界面領
域の中心に開口した多噴孔を備えた燃料噴射ノズルから
各スワールの境界面領域の中心から半径方向外向きに燃
料を拡散状態に噴射するので、対向方向に流れるスワー
ルの境界面領域に発生する強い乱れによって燃料噴霧と
空気との混合が促進され、短期に良好な混合気を形成
し、副室内の熱損失を低減することができ、それによっ
てエンジン性能を向上させることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による副室式ディー
ゼルエンジンの実施例を詳述する。

まず，第１図，第２図及び第３図を参照して，この発
明による副室式ディーゼルエンジンの第１実施例を説明
する。

第１図はこの発明による副室式ディーゼルエンジンの
第１実施例を示す説明図、第２図は第１図の側方から見
た状態を示す説明図、及び第３図は第１図の上方から見
た状態を示す説明図である。

この副室式ディーゼルエンジンは、明確には図示して
いないが、シリンダヘッド３、シリンダヘッド３を固定
したシリンダブロック、該シリンダブロックに形成した
孔部に嵌合したシリンダライナ、該シリンダライナ内を
往復運動するピストン、該シリンダライナで形成される
シリンダ及び／又はピストンのピストンヘッドで形成さ
れる主室１、シリンダヘッド３の穴部に配置し且つ主室
１に連通する副室２を構成する副室壁体５、主室１と副
室２を連通する副室壁体５に形成した複数個（図では２
個）の連絡孔7A,7B及び副室２内に多噴孔６を開口する
燃料噴射ノズル４を有している。

この副室式ディーゼルエンジンにおいて、副室壁体５
に形成した２個の連絡孔7A,7Bは、副室２内に逆方向の
スワールを形成させるため、副室２の内壁面に対してそ
の接線方向に互いに逆方向から副室壁体５にそれぞれ隔
置状態に形成されている。従って、主室１から連絡孔7
A,7Bを通じて副室２に流入する空気は、矢印A,Bで示す
ように、副室２内で逆方向のスワールを形成する。それ
故に、副室２に形成される各スワールA,Bは、流れ方向
が逆であるため弱められるが、各スワールA,Bの境界面
領域では、空気の強力な乱れが発生する。

また、燃料噴射ノズル４は、ホールノズルタイプの多
噴孔６に形成され且つ半径方向外向きに噴霧されるよう
に、ノズル本体の円周方向に複数の噴孔（第１図では４
個）が形成されている。燃料噴射ノズル４の多噴孔６
は、各スワールA,Bの境界面領域の中心部に多噴孔６を
円周方向全域にわたって開口し、各スワールA,Bの境界
面領域の半径方向外向きに燃料を噴射するように設定さ
れている。従って、燃料噴射ノズル４から噴射される燃
料噴霧は、たとえ副室２内のスワールA,Bが境界面領域
で弱められて強力でなくても、副室２の中心部から噴射
されるので、空気の強力な乱れによって十分に速く吸入
空気と混合気を生成することができる。

更に、この副室式ディーゼルエンジンにおいて、燃料
噴射ノズル４の多噴孔６を連絡孔7Aと連絡孔7Bとの間で
且つ副室２の中心部に開口するように設定していること
である。燃料噴射ノズル４の多噴孔６を上記のように副
室２内に設定することによって、多噴孔６は副室２内に
形成される各スワールA,Bの境界面領域の中心に開口
し、該多噴孔６から噴霧される燃料噴霧は各スワールA,
Bの境界面領域の半径方向外向きに燃料を噴射すること
になる。

この副室式ディーゼルエンジンは、空気が２つの連絡
孔7A,7Bを通じて主室１から副室２に流入することによ
り、副室２内に矢印A,Bで示す逆方向のスワールを形成
する。また，この副室式ディーゼルエンジンは、スワー
ルＡとスワールＢとの境界面領域に、燃料噴射ノズル４
の多噴孔６から噴射する燃料噴霧を半径方向外向きに拡
散させ、スワールＡとスワールＢとの境界面領域に形成
されている強力な乱れによって燃料と空気との混合を促
進し、良好な混合気を形成することができ、燃料と空気
との良好な混合が短期間に行われ、良好な混合気形成が
実現できることにより、副室２内の熱損失を低減でき、
それによってエンジン性能を向上させることができる。

この副室式ディーゼルエンジンにおいて、副室壁体５
は、シリンダヘッド３に形成した気筒数に対応して形成
した穴部に嵌合して取付けられ、場合によっては、その
一部がシリンダヘッド３と一体構造に構成されてもよい
ものである。副室壁体５は、耐高温で且つ高強度のセラ
ミック材料、例えば、窒化珪素（Si₃N₄）、炭化珪素（S
iC）、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することができる。

また、副室壁体５は、例えば、次のようにして製造す
ることができる。例えば、副室壁体５を、窒化珪素（Si
₃N₄）、炭化珪素（SiC）、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
壁体５の製作については、副室２及び複数個の連絡孔7
A,7Bを備えた副室壁体５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、副室壁体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、
副室壁体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（CVD）
等によって両者を接合して完成する。或いは、副室壁体
４を、窒化珪素（Si₃N₄）、炭化珪素（SiC）、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（Si
₃N₄）、炭化珪素（SiC）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。

次に、第４図及び第５図を参照して、この発明による
副室式ディーゼルエンジンの第２実施例を説明する。

第２実施例による副室式ディーゼルエンジンは、第１
実施例のものに比較して、副室壁体に連絡孔を３個形成
すると共に、燃料噴射ノズルを２個設けたものであり、
他の構成については全く同一の構成であるので、同一の
部品には同一の符号を付すことにする。

この副室式ディゼルエンジンにおいて、副室２の中央
面領域部に副室壁体５の内壁面に傾斜方向（図では接線
方向）に伸び且つ主室１と連通する連絡孔7Bを形成する
と共に、連絡孔7Bの両側に隔置状態に連絡孔7Bとは逆方
向の傾斜方向（図では接線方向）に副室２の内壁面に連
絡孔7A,7Cを形成している。しかも、主室１から連絡孔7
Aを通じて副室２に流入する空気によって副室２内に形
成されるスワールＡと主室１から連絡孔7Bを通じて副室
２に流入する空気によって副室２内に形成されるスワー
ルＢとの境界面領域に、燃料噴射ノズル４の多噴孔６を
開口するように燃料噴射ノズル４を配置する。また、主
室１から連絡孔7Bを通じて副室２に流入する空気によっ
て副室２内に形成されるスワールＢと主室１から連絡孔
7Cを通じて副室２に流入する空気によって副室２内に形
成されるスワールＣとの境界面領域に、燃料噴射ノズル
４の多噴孔６を開口するように燃料噴射ノズル４を配置
する。

第２実施例の副室式ディーゼルエンジンの作用は、第
１実施例のものと逆方向に流れるスワールが多くなり、
混合がより的確に且つ迅速に行われるという以外は同様
の作用を行うものであり、ここではその説明を省略す
る。

この発明による副室式ディーゼルエンジンについて
は、副室壁体に形成する連絡孔の数、孔径、形状等は、
エンジンの大きさ、主室、副室の大きさ、形状等に応じ
て、空気と燃料との混合が最適状態に行われるように決
定すればよいものである。

〔発明の効果〕

この発明による副室式ディーゼルエンジンは、以上の
ように構成されているので、次のような効果を有する。

この副室式ディーゼルエンジンは、主室に連通する副
室を構成する副室壁体、前記副室内に互いに逆方向のス
ワールを形成させるため前記副室壁体の内壁面に対して
その接線方向に互いに逆方向から隔置状態に形成された
複数個の連絡孔、及び前記副室内に逆方向に形成される
前記スワールの境界面領域の中心に開口し且つ前記スワ
ールの境界面領域の半径方向外向きに拡散状態に燃料を
噴射する多噴孔を備えた燃料噴射ノズルを有するので、
逆方向即ち隔置状態の対向方向に流れる各スワールの境
界面領域における相対速度の差によって強い乱れを発生
させることができ、該強い乱れによって燃料噴霧と空気
との混合を促進し、短期に良好な混合気を形成させ、前
記副室内の熱損失を低減させることができ、エンジン性
能を向上させることができる。

この副室式ディーゼルエンジンは、前記連絡孔を前記
副室壁体にそれぞれ隔置状態に且つ前記副室内に逆方向
に傾斜させて形成することによって、主室から該各連絡
孔を通じて前記副室内へ流入する空気が前記副室内に逆
方向の各スワールを形成し、しかも、各スワールの境界
面には半径方向外向きに空間的な拡がりが形成されてい
る。そこで、前記各スワールの境界面領域に開口した燃
料噴射ノズルの多噴孔から該境界面領域の中心部から半
径方向外向きに燃料を周囲全域にわたって複数の噴霧を
行うことによって、該燃料噴霧は対向方向に流れるスワ
ールの境界面領域に発生する強い乱れによって空気との
混合が促進され、短期に良好な混合気を形成し、しかも
乱れが発生するが、スワール即ち渦流の速度を低下させ
てサーマルピンチの発生を防止することができる。

また、この副室式ディーゼルエンジンは、前記各連絡
孔が前記副室壁体に複数個分離状態で接線方向に形成さ
れているので、前記副室でのスワールの形成が促進さ
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境界面中心から半径方向外向きに
噴射される噴霧は全周にわたって均一に且つ迅速に噴霧
でき、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。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による副室式ディーゼルエンジンの第
１実施例を示す説明図、第２図は第１図の側方から見た
状態を示す説明図、第３図は第１図の上方から見た状態
を示す説明図、第４図はこの発明による副室式ディーゼ
ルエンジンの第２実施例を示す説明図、及び第５図は第
４図の上方から見た状態を示す説明図である。１……主室、２……副室、３……シリンダヘッド、４…
…燃料噴射ノズル、５……副室壁体、６……多噴孔、7
A,7B,7C……連絡孔、A,B,C……スワール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/08 F02M 63/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主室に連通する副室を構成する副室壁体、
前記副室内に互いに逆方向のスワールを形成させるため
前記副室壁体の内壁面に対してその接線方向に互いに逆
方向から隔置状態に形成された複数個の連絡孔、及び前
記副室内に逆方向に形成される前記スワールの境界面領
域の中心に開口し且つ前記スワールの境界面領域の半径
方向外向きに拡散状態に燃料を噴射する多噴孔を備えた
燃料噴射ノズルを有する副室式ディーゼルエンジン。