JP3275526B2

JP3275526B2 - 副室式エンジンにおける燃焼室構造

Info

Publication number: JP3275526B2
Application number: JP07782894A
Authority: JP
Inventors: 瑞群楊
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JPH07259564A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドに形
成されたキャビティにヘッドライナと副室構造体を配置
した副室式エンジンにおける燃焼室構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の遮熱副室式エンジンでは、副室の
回りの構造は、副室の周囲に低熱伝導材を配置し、副室
と主室を構成するヘッドライナとの間或いは副室のノズ
ル孔を通じて筒内のガス、副室内のガスが外部へ漏洩す
るのを防止するため、多数のシール部材が配置されてい
る。

【０００３】上記のような遮熱副室式エンジンとして、
図２に示すようなものが開示されている。該遮熱副室式
エンジンは、シリンダブロック２５にガスケット２７を
介して固定されたシリンダヘッド４、シリンダブロック
２５に形成した孔部に取り付けられたシリンダ３５を構
成するシリンダライナ２６、シリンダヘッド４に形成し
たキャビティ６内に配置された主室１を構成するヘッド
ライナ５、及び該ヘッドライナ５に形成した取付孔２９
に嵌合された副室２を構成する副室構造体３を具備して
いる。シリンダヘッド４には吸気ポート２１が形成され
ている。ヘッドライナ５は、耐熱性で高強度のセラミッ
クスによってライナ上部１３とヘッド下面部１２とが一
体構造に構成されたものである。

【０００４】副室構造体３には、副室２と主室１とを連
通する連絡孔２２が形成されると共に、副室２に燃料を
噴霧する燃料噴射ノズル１０の噴口を副室２に開口する
ためノズル孔１９が形成されている。ヘッドライナ５に
は、吸気ポート２１と主室１とを連通するポート３６が
形成されている。該ポート３６には、吸気バルブ２０が
配置され、吸気バルブ２０の作動によって吸気ポート２
１と主室１とが開閉される。なお、排気ポート及び該排
気ポートを開閉する排気バルブは、図示されていない
が、吸気ポート２１、ポート３６及び吸気バルブ２０と
同様に、シリンダヘッド４及びヘッドライナ５に構成す
ることができる。

【０００５】シリンダヘッド４に形成されたキャビティ
６は、副室構造体３が配置されるシリンダ中央の小径部
２８とヘッドライナ５が配置される大径部２３とから構
成されている。キャビティの大径部２３には、Ｓｉ₃Ｎ
₄等のセラミックスで作製されたヘッド下面部１２と該
ヘッド下面部１２に一体構造に構成されたライナ上部１
３から成るヘッドライナ５が、位置決めリング１８によ
って位置決めして配置されている。ライナ上部１３の外
周面３９と大径部２３の壁面との間には、遮熱空気層１
４が形成されている。ヘッドライナ５のヘッド下面部１
２の上面３７とキャビティ６の大径部２３の上壁面３８
との間には、シールガスケット１６が介在している。ヘ
ッドライナ５のヘッド下面部１２の中央には、取付孔２
９が形成され、取付孔２９にはＳｉ₃Ｎ₄等のセラミッ
クスで作製された副室２を形成する副室構造体３が配置
され、副室構造体３の上部はシリンダヘッド４に形成さ
れたキャビティ６内に突出している。そして、副室構造
体３は、ヘッドライナ５のシリンダ３５の中央に位置設
定されている。キャビティ６の小径部２８には遮熱部材
３３を介して副室構造体３が配置されている。

【０００６】また、副室構造体３には、副室２に燃料を
噴射する燃料噴射ノズル１０を配置するノズル孔１９及
び副室２と主室１を連通する連絡孔２２が形成されてい
る。連絡孔２２は、副室中心部からシリンダ周辺方向に
傾斜して複数個形成されている。図示していないが、副
室２に始動補助としてグロープラグを配置する場合には
プラグ孔を副室構造体３に形成し、該プラグ孔にグロー
プラグを配置する。

【０００７】副室式エンジンにおける燃焼室構造におい
て、キャビティ６に面する副室構造体３の外周面は遮熱
部材３３で囲んで覆われている。遮熱部材３３の外周面
とシリンダヘッド４のキャビティ壁面との間には、支持
スリーブ３０が介在されている。また、副室構造体３の
上面３４とキャビティ６の小径部２８の上壁面８との間
には、低熱伝導材からなる遮熱部材１７が配置されてい
る。更に、支持スリーブ３０の上面とキャビティ６の壁
面との間には、シールリング３１が配置されている。該
シールリング３１は、副室２から副室構造体３と燃料噴
射ノズル１０との隙間を通じて副室構造体３の外部へガ
スが漏洩するのを防止している。また、支持スリーブ３
０の下面とヘッドライナ５の上面との間にはシールリン
グ３２が配置されている。該シールリング３２は、主室
１からヘッドライナ５と副室構造体３との隙間を通じて
ヘッドライナ５の外部へガスが漏洩するのを防止してい
る。副室構造体３の上面とキャビティ６の下面８との間
には、複数個の遮熱部材１７が介在されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
遮熱副室式エンジンでは、図２に示すように、副室２を
構成する副室構造体３の回りの構造は、副室構造体３の
周囲に低熱伝導材を配置し、副室構造体３とヘッドライ
ナ５との間、或いは副室構造体３に形成したノズル孔１
９と燃料噴射ノズル１０との間からのガスの漏洩を防止
するため、シールリング３１，３２及び支持スリーブ３
０によってシール構造に構成されている。該シール構造
は、副室２から吸気ポート２１までの間隔が短いため、
有効な遮熱構造を構成することができない。また、副室
２付近の温度が高くなるため、副室構造体３の周囲に配
置されたシールリング３１，３２の耐久性が悪化する。
特に、連絡孔２２付近の副室構造体３の外周に配置され
ているシールリング３２は、高温領域に位置するので、
耐久性が悪化するという問題がある。

【０００９】ところで、本出願人は、ヘッドライナに副
室構造体を配置した副室式エンジンにおける副室遮熱構
造を開発し、先に出願した（特願平５−１８３２１４号
参照）。該副室遮熱構造は、副室構造体からシリンダヘ
ッドへの熱流束を可及的に絞り込んだものである。副室
構造体を囲む遮熱構造体とキャビティとの間に遮熱空気
層を形成して互いに非接触状態に配置し、遮熱構造体と
キャビティ壁面との間に遮熱プレートを配置する。遮熱
構造体のシール反力を支持するキャビティ壁面と遮熱構
造体に接触する遮熱プレートの接触部を遮熱プレートの
熱流束を最小にするためノズル孔の回りの最内周と最外
周に形成したものである。

【００１０】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、副室を構成する副室構造体の外周面をヘッ
ドライナで囲み、高温領域での隙間を無くし、シリンダ
ヘッドとヘッドライナとの間に設けるシールリングを副
室の上方の低温領域に配置し、シールリングの耐久性を
向上させると共に、ヘッドライナの外周に密閉状態の遮
熱空気層を形成し、副室からシリンダヘッドへの熱放散
を可及的に最小限に低減し、副室から吸気ポートへの熱
流を阻止して燃焼室への吸入空気の充填効率をアップす
る副室式エンジンにおける燃焼室構造を提供することで
ある。

【００１１】

【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、シリンダヘッドに形成した大径部と小径部から
成るキャビティ内に配置され且つ主室を構成するライナ
上部とヘッド下面部を一体構造に構成したヘッドライ
ナ、及び該ヘッドライナに形成した孔部に嵌合され且つ
前記主室へ連通する連絡孔を形成した副室を構成する副
室構造体を具備し、前記ヘッドライナの前記孔部の周縁
に沿って上方へ突出した前記ヘッドライナに一体構造の
筒部が前記小径部に配置され、前記筒部によって前記副
室構造体の外周が囲まれ、前記筒部の上面と前記小径部
の壁面との間にシール部材が配置され、前記副室構造体
の上面と前記小径部の壁面との間に低熱伝導材から成る
遮熱部材が配置されていることを特徴とする副室式エン
ジンにおける燃焼室構造に関する。

【００１２】また、この副室式エンジンにおける燃焼室
構造において、前記筒部は前記ヘッドライナと一体構造
にセラミックスで作製されている。セラミックスとして
は、Ｓｉ₃Ｎ₄等の耐熱性で高温高強度のセラミックス
を選定することが好ましい。そして、前記筒部内に配置
した前記副室構造体は前記ヘッドライナのシリンダ中央
に位置設定されている。また、前記シール部材は中空リ
ングで構成されている。副室の遮熱度をアップするた
め、前記キャビティの前記大径部には遮熱空気層を介し
て前記ヘッドライナが配置され、前記キャビティの前記
小径部には遮熱空気層を介して前記筒部が配置されてい
る。また、前記シリンダヘッドに形成された吸気ポート
と前記副室との間には前記遮熱空気層が位置している。
前記副室構造体には、前記副室に燃料を噴霧する燃料噴
射ノズルを配置するノズル孔が形成されている。

【００１３】

【作用】この発明による副室式エンジンにおける燃焼室
構造は、上記のように構成され、次のように作用する。
即ち、この副室式エンジンにおける燃焼室構造は、ヘッ
ドライナの孔部の周縁に沿って上方へ突出した筒部が前
記ヘッドライナに一体構造に構成され、該筒部がシリン
ダヘッドに形成したキャビティの小径部に配置され、副
室を構成する副室構造体の外周が前記筒部によって囲ま
れているので、前記ヘッドライナと前記筒部との間には
隙間が無い構造となり、ガスシールのため、前記副室の
連絡孔近傍の高温領域にシールリングを配置する必要が
ない。また、シールリングは比較的に低温領域即ち副室
構造体の上方の前記筒部の上面と前記小径部の上壁面と
の間に配置するのみであり、副室構造体の外壁面と前記
ヘッドライナとのシール性を向上でき、シールリングの
耐久性を向上できる。

【００１４】また、前記キャビティの前記大径部には遮
熱空気層を介して前記ヘッドライナが配置されているの
で、前記遮熱空気層は前記シリンダヘッドに形成された
吸気ポートと前記副室との間に位置し、前記副室で発生
する熱は前記吸気ポートへは流れず、前記吸気ポート内
を燃焼ガスで加熱する影響を低減でき、主室への吸入空
気の充填効率をアップできる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式エンジンにおける燃焼室構造の実施例を説明する。図
１はこの発明による副室式エンジンにおける燃焼室構造
の一実施例を示す断面図である。図１に示す副室式エン
ジンは、図２に示す副室式エンジンと比較して、ヘッド
ライナの構造、シールリングの配置位置及びシリンダヘ
ッドと筒部との間の構造が相違する以外は、同一の構造
であるので、ここでは同一の部品には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。

【００１６】この副室式エンジンにおける燃焼室構造
は、特に、ヘッドライナ５におけるヘッド下面部１２の
中央位置に孔部２９を形成し、孔部２９の縁部周囲に沿
って上方へ突出して延びる筒部１５を形成する。ヘッド
ライナ５と筒部１５とは、Ｓｉ₃Ｎ₄等の同一のセラミ
ックスで一体構造に構成されている。従って、筒部１５
の内壁面９と孔部２９の内壁面とは連続した孔壁面を形
成する。ヘッドライナ５はシリンダヘッド４に形成した
キャビティ６の大径部２３に配置され、筒部１５はシリ
ンダヘッド４に形成したキャビティ６の小径部２８に配
置されている。

【００１７】副室構造体３は筒部１５の内壁面９と取付
孔２９の内壁面とで形成される孔部に配置され、副室構
造体３の外周面は筒部１５で囲まれた状態に配置されて
いる。また、副室構造体３の上面３４とキャビティ６即
ち小径部２８の上壁面８との間には、低熱伝導材からな
る遮熱部材１７が介在されている。筒部１５の上面４０
と小径部２８の上壁面８との間には、中空リング等のシ
ールリング７が配置されている。従って、シールリング
７は、副室構造体３に形成された連絡孔２２から遠く離
れた低温領域に配置された状態になり、シールリング７
の熱影響を低減し、耐久性を向上できる。

【００１８】この副室式エンジンにおける燃焼室構造に
おいて、キャビティ６の大径部２３には遮熱空気層１４
を介してヘッドライナ５が配置され、特に、キャビティ
６の小径部２８と筒部１５の外周面２４との間には遮熱
空気層１１が形成されている。そして、シリンダヘッド
４に形成された吸気ポート２１と副室２との間には、遮
熱空気層１１が位置していることになる。従って、副室
２内の燃焼ガスによる熱エネルギーは、遮熱空気層１１
の存在によって遮熱度がアップし、吸気ポート２１への
熱影響を低減でき、吸入空気の熱膨張が発生せず、吸入
空気の充填効率即ち吸気効率を向上できる。

【００１９】この副室式エンジンにおける燃焼室構造に
ついて、有限要素法ＦＥＭによる熱流計算を行った結
果、吸気ポート２１付近の壁温は、６６℃低下すること
が分かった。そして、吸気ポート２１内における吸気温
度の上昇は、９．１℃低下することが分かった。上記熱
流計算についての条件は、エンジン回転数が４５００ｒ
ｐｍであり、燃料供給量Ｆｆ（＝重量／時間・リットル
・回転数）は、Ｆｆ＝２．３ｇ／ｈｒ・ｌ・ｒｐｍであった。

【００２０】

【発明の効果】この発明による副室式エンジンにおける
燃焼室構造は、上記のように構成されており、次のよう
な効果を有する。この副室式エンジンにおける燃焼室構
造は、シリンダヘッドに形成されたキャビティに配置さ
れたヘッドライナにおけるヘッド下面部には孔部が形成
され、該孔部の周縁に沿って上方へ突出した筒部が前記
ヘッドライナに一体構造に形成されているので、シリン
ダヘッドに形成したキャビティの壁面と筒部との間に遮
熱空気層を形成でき、遮熱度をアップできると共に、前
記ヘッド下面部と前記筒部との境界には隙間がない。従
って、ヘッドライナと筒部との境界からの燃焼ガスの漏
洩は発生しない。

【００２１】そして、ヘッドライナの孔部壁面と副室構
造体の外周面との間に存在する隙間は、前記筒部の上面
とキャビティの小径部の上壁面との間を通じてのみ、前
記筒部の外周面へのガス流れの通路が存在するが、前記
筒部の上面とキャビティの小径部の上壁面との間にはシ
ール部材が配置されているので、燃焼ガスの流れがキャ
ビティの壁面と筒部との間に形成される遮熱空気層へ流
れ込むことはない。しかも、シール部材が配置されてシ
ールするべき領域は前記筒部の上面であり、そこでは燃
焼ガスの熱エネルギーが小さく低温領域であるので、シ
ール部材が高温で破壊されることがなく、耐久性が向上
する。

【００２２】また、前記キャビティの前記大径部と前記
ヘッドライナとの間には、遮熱空気層が形成されてい
る。特に、前記キャビティの前記小径部と前記筒部との
間には遮熱空気層が形成され、該遮熱空気層は前記シリ
ンダヘッドに形成された吸気ポートと前記副室との間に
位置しているので、副室内の燃焼ガスによる前記吸気ポ
ートを流れる吸入空気の受熱量が少なくなり、吸入空気
が熱膨張して体積膨張することがなく、遮熱エンジンで
ありながら、吸入空気の充填効率を向上でき、エンジン
性能、熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式エンジンにおける燃焼室
構造の一実施例を示す断面図である。

【図２】従来の副室式エンジンにおける燃焼室構造の一
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１主室２副室３副室構造体４シリンダヘッド５ヘッドライナ６キャビティ７シールリング８小径部の上壁面９筒部の内壁面１０燃料噴射ノズル１１，１４遮熱空気層１２ヘッド下面部１３ライナ上部１５筒部１６遮熱ガスケット１７遮熱部材１９ノズル孔２０吸気バルブ２１吸気ポート２２連絡孔２３大径部２４筒部外周面２８小径部２９取付孔３４副室構造体の上面３５シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 1/00 - 11/00 F02B 19/00 - 19/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに形成した大径部と小径
部から成るキャビティ内に配置され且つ主室を構成する
ライナ上部とヘッド下面部を一体構造に構成したヘッド
ライナ、及び該ヘッドライナに形成した孔部に嵌合され
且つ前記主室へ連通する連絡孔を形成した副室を構成す
る副室構造体を具備し、前記ヘッドライナの前記孔部の
周縁に沿って上方へ突出した前記ヘッドライナに一体構
造の筒部が前記小径部に配置され、前記筒部によって前
記副室構造体の外周が囲まれ、前記筒部の上面と前記小
径部の壁面との間にシール部材が配置され、前記副室構
造体の上面と前記小径部の壁面との間に低熱伝導材から
成る遮熱部材が配置されていることを特徴とする副室式
エンジンにおける燃焼室構造。
【請求項２】前記筒部は前記ヘッドライナと一体構造
にセラミックスで作製されていることを特徴とする請求
項１に記載の副室式エンジンにおける燃焼室構造。
【請求項３】前記シール部材は中空リングで構成され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の副室式
エンジンにおける燃焼室構造。
【請求項４】前記筒部内に配置した前記副室構造体は
前記ヘッドライナのシリンダ中央に位置設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の副室
式エンジンにおける燃焼室構造。
【請求項５】前記キャビティの前記大径部には遮熱空
気層を介して前記ヘッドライナが配置され、前記キャビ
ティの前記小径部には遮熱空気層を介して前記筒部が配
置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載の副室式エンジンにおける燃焼室構造。
【請求項６】前記シリンダヘッドに形成された吸気ポ
ートと前記副室との間には前記遮熱空気層が位置してい
ることを特徴とする請求項５に記載の副室式エンジンに
おける燃焼室構造。
【請求項７】前記副室構造体には、前記副室に燃料を
噴霧する燃料噴射ノズルを配置するノズル孔が形成され
ていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の副室式エンジンにおける燃焼室構造。