JPH0412122A - 燃料衝突拡散式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃焼室内に設けた突起体に燃料噴射ノズル
から噴射される燃料を直接衝突させる燃料衝突拡散式エ
ンジンに関する。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの燃焼室としては、直接噴射式及び副室
式によって代表されている。

直接噴射式燃焼室は、燃料噴射ノズルより噴射された燃
料の噴射エネルギー及び燃焼室内に形成されるスワール
及びスキッシュ流によって燃料と空気との混合を達成し
、可燃性混合気を形成している。しかしながら、該直接
噴射式燃焼室は、スワール生成のため、吸気効率が低下
するという問題を有しており、また、燃料の噴ａｍ粒化
及び貫徹力をアンプさせるため、燃料噴射ノズルを高圧
化、高噴射率化に構成しなければならず、構造が複雑に
なるという問題を有している。

また、副室式燃焼室は、副室内に形成される高スツール
によって燃料油滴と空気との混合を達成し、可燃性混合
気を形成している。該副室式燃焼室は、副室内に高スワ
ールを形成し、また主室と副室との総和の伝熱面積が増
大して熱損失が増加するという問題があり、更に、主室
と副室とを連通ずる連絡孔による絞り損失が増加すると
いう問題を有している。

そこで、上記問題点を解決するために、燃料の衝突噴流
を利用した直接噴射式衝突拡散層状給気式、いわゆる、
０３ＫＡ式の燃焼室を持つエンジンが開示されている。

この０３ＫＡ式エンジンは、ピストンに形成した凹部即
ちキャビティの底部中央から突出する衝突部を設け、該
衝突部の周囲に凹状の燃焼室を形成し、燃料噴射ノズル
から噴射された液状燃料を衝突部に衝突させ、燃料噴流
の衝突部への衝突作用によって衝突面を起点として燃料
の拡散、微粒化等を達成し、燃料と空気との良好な混合
を達成させるものである。上記のような燃焼室を有する
エンジンでは、燃料噴射ノズルの単孔ノズルから噴射さ
れた燃料をピストンヘッドの衝突部の平らな衝突面に衝
突させて円盤状に拡散させ、次いでピストンの上昇によ
って生しるスキッシュ流によって燃料をキャビティの下
方に押し込められながら、該燃料と空気とを混合して混
合気を形成するものである。

また、特開昭６３−１２０８１５号公報には、外部点火
による燃料噴射式内燃機関が開示されている。該外部点
火による燃料噴射式内燃機関は、ピストン頂面にキャビ
ティを形成すると共に、該キャビティ内壁面上に突出部
を設け、該突出部上に断熱構造の衝突面を形成し、シリ
ンダヘッドに設けた燃料噴射弁から大部分の燃料を衝突
面に向けて噴射させ、他の領域よりも濃い混合気領域を
上記突出部層りに形成し、点火装置をこの濃い混合気領
域内に位置するようにシリンダヘッドに取付け、該点火
装置で点火時に混合気に点火するものである。該燃料噴
射式内燃機関は、上記の構成によってノンキングが発生
しないことによって高圧縮比を可能にし、熱効率を向上
させて燃料消費率を向上させたものである。

また、特開昭６２−１３９９２１号公報には、燃料衝突
反射拡散燃焼方式の内燃機関が開示されている。該内燃
機関は、ノズルより燃料噴流をピストン面又はキャビテ
ィ内に噴射衝突させ、衝突面での反射拡散作用によって
衝突部を起点としてキャビティ全域に燃料の拡散分布と
混合を計り、スワールに依存するよりもスキンシュ流に
よって空気利用率を高め、燃焼期間の短縮を図るもので
あり、衝突部をセラミック材等の耐熱性、耐摩耗性材料
で形成し、該衝突部をピストン頂面又はキャビティ内に
装着したものである。

また、特開昭６１−１７１０号公報に開示された直噴火
花点火多種燃料内燃機関は、噴射弁よりの噴霧角をｍｍ
し、燃料主噴流をピストン下死点近傍にあるピストンキ
ャビティ内に到達せしめるようにし、キャビティ内に予
混合気を形成し、キャビテイ外に空気層を形成した層状
給気を構築するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記０３ＫＡ型の燃焼室を備えたピストンを
用いたエンジンは、単孔ノズルから噴射された燃料を衝
突させる衝突面はピストンヘッドの平らな衝突面であり
、燃料が該衝突面に衝突して円盤状に拡散するが、ピス
トンの上昇行程によって燃焼室内へのスキツシユ流が発
生し、該スキッシュ流によって薄膜円盤状の燃料と空気
と良好な混合気を生成して燃焼状態を良好にするもので
ある。しかしながら、Ｎ　Ｏｘの発生を低減するため、
燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射時期を遅らせ
ると、燃焼室に発生する逆スキッシュ流のため、スキン
シュ流が弱められ、燃料噴流と良好な混合が損なわれ、
燃焼の悪化が避けられないという問題がある。

また、前掲特開昭６３−１２０８１５号公報に開示され
た燃料噴射式内燃機関は、衝突面を断熱構造に構成して
メタノールの気化を促進するものであるが、上記と同様
な問題を解決できるものではない。

また、前掲特開昭６２−１３９９２１号公報及び特開昭
６３−１７１０号公報に開示されたものについても、上
記公報に開示されたものと同様に、逆スキンシュ流のた
めスキッシュ流が弱められるという問題に対する対策は
講じられていない。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
ピストンヘッドに形成したキャビティ即ち燃焼室内で噴
射時期を遅らせて噴射した燃料と空気とで混合気を生成
させて良好に燃焼させるのに、スキッシュ流を逆方向に
ガイドする通路をピストンヘッドとシリンダヘッド下面
とで形成し、燃焼室内に平坦面を備えた突起体を配置し
、該平坦面に燃料噴射ノズルから燃料を噴射し、その噴
射した液状燃料を前記被膜に衝突させて、円盤状に均一
に拡散させ、燃焼室内にガイド通路を通してスキンシュ
流で流入した空気の流れ方向と円盤状に拡散して噴射さ
れる燃料の燃料噴射方向とをほぼ直交状態に交叉させて
混合を促進させ、燃料噴射ノズルからの燃料の噴射時期
を遅らせても逆スキンシュ流でスキッシュ流が弱められ
る現象を避け、Ｎｏ工の発生を低減し、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する燃料
衝突拡散式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、ピストンへノドに形成
した燃焼室、該燃焼室のほぼ中央底部に設けた突起体、
該突起体に対向して噴口を開口するシリンダヘッドに取
付けた燃料噴射ノズル、前記噴口から噴射された液状燃
料を衝突させる前記突起体の頂面に形成した平坦面、シ
リンダヘッド下面から前記燃焼室内へ突出可能であり且
つスキンシュ流をガイドしてスキッシュ流の方向を変更
する突出部を有する燃料衝突拡散式エンジンに関する。

また、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記突出
部はピストン上死点で前記燃焼室内へ突出した状態で、
前記突出部と前記燃焼室の周壁とで環状円錐状通路を形
成するものである。

更に、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記燃料
噴射ノズルから噴射される燃料の噴射時期を遅らせるも
のである。

［作用〕 この発明による燃料衝突拡散式エンジンは、上記のよう
に構成され、次のように作用する。即ち、この燃料衝突
拡散式エンジンは、ピストンヘッドに形成した燃焼室の
ほぼ中央底部に突起体を設け、該突起体に対向して噴口
を開口する燃料噴射ノズルをシリンダヘッドに取付け、
前記噴口がら噴射された液状燃料を衝突させる平坦面を
前記突起体の頂面に形成し、特に、シリンダヘッド下面
から前記燃焼室側へ突出させた突出部をピストン上死点
で前記燃焼室内に突出可能に構成し、前記燃焼室の壁面
との間に環状円錐状通路を形成し、前記突出部によって
スキッシュ流をガイドしてスキンシュ流の方向を積掻的
に変更し、前記環状円錐状通路によってスキッシュ流を
前記燃焼室の壁面に沿って流動させ、逆スキンシュ流が
発生しても該逆スキフシュ流によるスキンシュ流の流れ
を弱める作用を抑制する。

一方、前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料は前記平
坦面に液状で衝突して該平坦面に沿って半径方向外向き
に拡散し、円盤状燃料薄膜を形成するが、前記突出部に
ガイドされたスキッシュ流を前記円盤状燃料薄膜にスキ
ッシュ流を交差させることができ、燃料と空気との良好
な混合を実現し、燃焼効率の向上を図ることができる。

従って、前記燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射
時期を遅らせても、スキンシ流は逆スキフシュ流で弱め
られることがなく、円盤状燃料薄膜と交差して良好な混
合が達成できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による燃料衝突拡散式
エンジンの実施例を説明する。

第１［ｆｆｌはこの発明による燃料衝突拡散式エンジン
の一実施例を示す断面図、及び第２図は第１図の符号Ａ
の部分の拡大説明図である。

第１図に示すように、この燃料衝突拡散式エンジンは、
シリンダブロック９、該シリンダブロック９に固定され
た吸気ポート６及び排気ボート７を備えてシリンダへノ
ド３、シリンダブロック９の孔部に嵌合したシリンダラ
イナ１４、及び該シリンダライナ１４内を往復運動する
ピストン１５を有している。１気ボート６には吸気弁１
６が配置され、また排気ポート７には排気弁Ｉ７が配置
されている。ピストン１５は、例えば、アルミニウム等
の金属材料から成り、ピストン１５のピストンヘッド１
には、キャビティ即ち燃焼室２が形成されている。特に
、このピストンヘッド１に形成した燃焼室２については
、はぼ中央底部に上方に伸びる突起体５が形成されてい
る。この突起体５は、例えば、断熱性に冨んだジルコニ
ア（ＺｒＯｌ）等のセラミックスから製作した１板を取
付けることができる。突起体５の上部は、キャビティ底
面から上方に伸びて燃焼室２の開口部１００面即ちピス
トンヘッド１の頂面より下方に位置している。この突起
体５の頂面ば平坦面１２に形成されている。この平坦面
１２は、液状燃料が衝突する衝突面を構成する。

また、シリンダヘッド３には、ピストンへ、ド１に形成
した燃焼室２に対向して下方に伸びる突出部８が形成さ
れている。この突出部８は、下部が断面積が大きくなる
拡大突出部となり、ピストン上死点で燃焼室２内へ突出
した状態になる。他方、燃焼室２に設けた突起体５の平
坦面】２に対向して噴口１１を開口する燃料噴射ノズル
４が取付けられている。燃料噴射ノズル４は、ビントル
ノズル等の噴射ノズルから成り、該噴射ノズルの噴口１
１から噴射された燃料が液状で平坦面１２の中央部に衝
突するように構成されている。

従って、シリンダヘッド３に設けた突出部８は、第２図
に明瞭に示すように、ピストンヘッド１に形成した燃焼
室２を構成するキャビティの拡がり即ち燃焼室２の周壁
に対応して下方に向かって断面積が拡大しており、ピス
トン上死点では突出部８と燃焼室２の周壁即ち壁面１９
とで環状円錐状通路１３を形成する。従って、ピストン
の上昇によって発生する燃焼室２へのスキ・２シユ流は
、突出部８の外周面１８にガイドされて矢印のように噴
流方向が変更され、燃焼室２の壁面１９に沿って旋回流
れとなる。そこで、このスキッシュ流の旋回流れは、燃
料噴射ノズル４の噴口１１から噴射された液状燃料に対
して直交状Ｓに交差し、空気と燃料の混合が促進される
。それ故に、Ｎ　ＯＸの発生を防止するため、燃料噴射
ノズル４から噴射される燃料の噴射時期を遅らせたとし
ても、突出部８にガイドされたスキッシュ流は逆スキッ
シュ流に抵抗することなく、スキッシュ流の旋回流れが
弱められるような現象は発生しない。

この発明による燃料衝突拡散式エンジンは、上記のよう
に構成されており、次のように作用する。

この燃料衝突拡散式エンジンは、シリンダヘッド３に取
付けた燃料噴射ノズル４の噴口１１から低圧で噴射され
た燃料は、棒状の液状燃料として噴口１１に対向した燃
焼室２内の突起体５の平坦面１２に衝突し、薄い膜状の
円盤状になって半径方向外向きに拡散する。この時、ピ
ストン１の上昇で発生するスキッシュ流は、シリンダヘ
ッド３に設けた突出部８の外周面１８にガイドされて環
状円錐状通路１３を通って燃焼室２内に流入し、次いで
、燃焼室２の壁面１９と突起体５の壁面２０に沿って旋
回流れを形成する。そこで、該スキッシュ流と円盤状薄
膜燃料と直交状態に交差して良好な混合を実現すること
ができ、良好な燃焼状態を確保して燃焼効率を向上でき
る。

通常、ＮＯＸの発生を低減するため、燃料噴射ノズル４
から燃焼室２に噴射される燃料の噴射時期を遅らせるが
、従来の燃焼室の構造であると、噴射時期を遅らせると
、燃焼室へのスキッシュ流は逆スキッシュ流のため、ス
キ、シュ流の流れが弱められ、燃料噴流との良好な混合
作用が損なわれ、燃焼の悪化を引き起こす原因となる。

しかしながら、この燃料衝突拡散式エンジンでは、シリ
ンダヘッド３の下面部にスキッシュ流の流れ方向を変更
するガイドとなる突出部８を設けたので、燃焼室２のス
キッシュ流で流入した空気流れは、燃焼室２内で旋回流
れの向きが通常の流れ即ち燃焼室２の外側部から中央部
へ向かう流れとは逆の流れ方向に変更され、逆スキッシ
ュ流が発生しても該逆スキッシュ流でスキッシュ流の旋
回流れが妨げられることがなく、円盤状燃料噴流と空気
とは良好な混合が維持され、噴射時期を遅らせたとして
も、燃焼状態が悪化することが避けられる。従って、燃
料噴射ノズル４の噴口１１から噴射された液状の燃料は
、突起体５の平坦面１２に衝突して直ちに該平坦面１２
に沿って半径方向に拡がって円盤形状のフィルムとなっ
て均一に拡散する。そこで、この円盤状フィルムの燃料
は、ピストン１の上昇行程に伴って発生する燃焼室２へ
のスキッシュ流とは直交状態に交叉し、混合が促進され
ると共に、直ちに着火燃焼することができる。

〔発明の効果〕

この発明による燃料衝突拡散式エンジンは、上記のよう
に構成されており、次のような効果を有する。即ち、こ
の燃料衝突拡散式エンジンは、ピストンヘッドに形成し
た燃焼室、該燃焼室のほぼ中央底部に設けた突起体、該
突起体に対向して噴口を開口するシリンダヘッドに取付
けた燃料噴射ノズル、前記噴口から噴射された液状燃料
を衝突させる前記突起体の頂面に形成した平坦面、シリ
ンダへノド下面から前記燃焼室内へ突出可能であり且つ
スキッシュ流をガイドしてスキッシュ流の方向を変更す
る突出部を有するので、前記突出部によってスキッシュ
流をガイドしてスキッシュ流の方向を積極的即ち強制的
に変更し、前記突出部と前記燃焼室の壁面で形成される
環状円錐状通路によってスキッシュ流を前記燃焼室の壁
面及び前記突起体の壁面に沿って流動して旋回流れを形
成し、逆スキッシュ流によるスキッシュ流の流れを弱め
る作用を抑制する。従って、逆スキッシュ流が生じても
スキンシュ流での旋回流れが弱まることがないので、噴
霧と空気とは良好な混合を維持し、噴射時期を遅らせた
ときも燃焼の悪化を避けることができる。

一方、前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料は前記平
坦面に液状で衝突して円盤状燃料薄膜を形成するが、前
記突出部にガイドされたスキンシュ流を前記円盤状燃料
薄膜にスキッシュ流を交差させることができ、良好な混
合を実現し、燃焼効率の向上を図ることができる。

従って、前記燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射
時期を遅らせても、スキッシュ流は逆スキッシュ流で弱
められることがなく、円盤状燃料′ｉＲ膜と交差して良
好な混合が達成できる。

また、前記突出部はピストン上死点で前記燃焼室内へ突
出した状態で、前記突出部と前記燃焼室の周壁とで環状
円錐状通路を形成するので、ピストン上昇で発生するス
キッシュ流は、前記環状円錐状通路に確実にガイドされ
、前記燃焼室の周壁に沿って燃焼室の外側から中央部へ
と流れ、逆スキンシュ流と衝突することが避けられ、円
盤状燃料薄膜と交差して良好に混合される。

また、前記燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射時
期を遅らせるので、スキッシュ流が逆スキフシュ流で弱
められることなく、ＮＯｘの発生を抑制する燃焼を行わ
せることができる。

従って、前記被膜の衝突面は常に清らがな衝突面と提供
でき、該被膜に衝突した液状燃料は常に良好に該衝突面
に沿って半径方向外向きに拡散することができ、燃料は
好ましい薄膜円盤状に拡散する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による燃料衝突拡散式エンジンの一実
施例を示す断面図、及び第２図は第１図の符号Ａの部分
の拡大説明図である。 １−　　ピストンヘッド、２−−−燃焼室、３シリンダ
ヘツド、４−　燃料噴射ノズル、５突起体、８−　突出
部、１０　＝−燃焼室の開口部、１１−　噴口、１２−
平坦面、１３−　環状円錐状通路。 出願人　　いす＼自動車株式会社 代理人　　弁理士　尾　仲　−宗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンヘッドに形成した燃焼室、該燃焼室のほ
   ぼ中央底部に設けた突起体、該突起体に対向して噴口を
   開口するシリンダヘッドに取付けた燃料噴射ノズル、前
   記噴口から噴射された液状燃料を衝突させる前記突起体
   の頂面に形成した平坦面、シリンダヘッド下面から前記
   燃焼室内へ突出可能であり且つスキッシュ流をガイドし
   てスキッシュ流の方向を変更する突出部を有する燃料衝
   突拡散式エンジン。
2. （２）前記突出部はピストン上死点で前記燃焼室内へ突
   出した状態で、前記突出部と前記燃焼室の周壁とで環状
   円錐状通路を形成する請求項１に記載の燃料衝突拡散式
   エンジン。
3. （３）前記燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射時
   期を遅らせる請求項１に記載の燃料衝突拡散式エンジン
   。