JPH04121428U - 副室式燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、副室からの燃焼ガスを増速して確
実に主室に吹き込んで燃焼ガスの乱れを増強して燃焼期
間を短縮する副室式燃焼室を提供する。 【構成】 この副室式燃焼室は、副室２からの燃焼ガス
を、シリンダヘッドから突出したガス誘導突出部５とピ
ストンヘッド４に形成したキャビティ壁面とで形成され
るガス通路８を通して増速し、該増速した燃焼ガスを主
室１へ吹き込んで乱れを増強し、該乱れ中に空気を巻き
込んで燃焼ガスと空気との混合を促進し、主室１での燃
焼期間を短縮して二次燃焼させる。従って、副室２で一
次燃焼が燃料リッチで良好に行われ、主室１内で燃焼ガ
スと新気との二次混合を短期に達成して燃料期間を短縮
して良好に二次燃焼し、次いで、主室１から流出して三
次燃焼して燃焼を完結する。従って、燃焼を改善でき、
ＨＣ，ＮＯ_X 等の発生を抑制し、エンジン性能を向上さ
せる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ピストンヘッドに主室を形成すると共にシリンダヘッドに副室を 形成した副室式燃焼室に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、副室式ディーゼルエンジンには、実開昭５８−８７１５号公報に開示さ れたものがある。該副室式ディーゼルエンジンは、燃料噴射ノズルを備えた副室 が噴口を介して主燃焼室に連通するものであり、ピストン頂面周囲に棒壁を設け て該ピストン頂面にキャビティを形成すると共に、上記噴口からの火炎噴流を分 割案内する略三角形状の凸部を、上記キャビティ内の上記噴口近傍位置に設け、 かつこの略三角形状の凸部により分割案内される火炎噴流の下流側に、さらに複 数の凸部を設けたものである。

【０００３】 また、内燃機関の燃焼室として、特開平２−１２３２２２号公報に開示された ものがある。該内燃機関の燃焼室は、予燃焼室からの着火燃料を導く連通部を有 した主燃焼室に、上記連通部の延長方向で順次深くなる傾斜底面を形成し、上記 連通部の入口から最も隔てられた位置に最深部を設けたものである。

【０００４】 また、断熱エンジンの燃焼改善を目的として、副室を持つ断熱エンジンが開発 されている。例えば、本出願人の出願に係わる特願平１−２５２２７７号には、 副室式エンジンが開示されている。該副室式断熱エンジンは、シリンダヘッドに 形成した断熱構造の副室、該副室と主室とを連通した断熱構造の連絡孔、前記副 室内に配置した多噴孔の燃料噴射ノズル、ピストン上死点近傍で前記連絡孔に突 入するピストンヘッドに設けた突出部を有している。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来の副室式燃焼室では、副室内における空気と燃料との一次拡散 は副室内で発生しているスワール及び副室壁面温度によってかなり改善されるが 、ピストンヘッドに形成された主室での空気と燃焼ガスとの混合が良好に改善さ れず、燃焼期間を短縮できないのが現状である。そこで、図４に示すように、副 室式エンジンにおいて、主室３１の形状をリエントラント型燃焼室に形成してス キッシュ流による空気の乱れを利用して混合を良好に行うことが試みられている 。

【０００６】 図４に示す副室式エンジンは、ピストン３６に形成した主室３１を構成するキ ャビティ３９の中央に突出した突出部３５が上死点近傍においてシリンダヘッド ３３に形成した副室３２をシリンダ室３４側に開口する連絡孔３７に突入して連 絡孔３７を絞る作用を果たし、それによって副室３２内は密閉空間となる。従っ て、圧縮行程終端において燃料噴射ノズル４０から副室３２内に噴射された燃料 は、副室３２内に留まり、燃料と空気との混合、分解及び一次燃焼を行って均一 な混合気を形成しながら、副室３２内の圧力を上昇させる。次いで、膨張行程で ピストン３６が下降すると、突出部３５が連絡孔３７から抜け出して連絡孔３７ が完全な開放状態になる。そこで、副室３２内の混合気及び火炎は副室３２と主 室３１との圧力差によって一気に主室３１へ流れ込み、主室３１での二次混合を 行って二次燃焼を行う。次いで、ピストン３６が更に下降して主室３１からシリ ンダヘッド３３とピストンヘッド３８上面とで形成されるシリンダ室３４側へ逆 スキッシュによって吹き出され、三次燃焼を行い、理想的な燃焼が行われる。

【０００７】 しかしながら、副室３２から主室３１へ吹き出される混合気と火炎との流れは 、主室３１からシリンダ室３４へ吹き出される逆スキッシュとは、流れ方向が逆 方向であるため、副室３２から主室３１への火炎と混合気との吹き出しタイミン グによっては、副室３２から主室３１への流れ込みが阻害され、確実に主室３１ に流入せず、シリンダ室３４側へ流出する現象が発生し、主室３１での良好な二 次混合及び二次燃焼及びシリンダ室３４での良好な三次混合及び三次燃焼が行わ れず、燃焼を悪化させることがある。

【０００８】 そこで、この考案の目的は、上記の課題を解決することであり、ピストンヘッ ドに形成した主室、燃料噴射ノズルを配置したシリンダヘッドに形成した副室及 び該副室をシリンダ側に開口する連絡孔を有する副室式燃焼室において、高温燃 焼に対応するため、連絡孔に対向した部位に入口部を且つ該連絡孔から離れた部 位に主室を構成するキャビティをピストンヘッドに形成し、上死点付近で前記キ ャビティに突入し且つ前記キャビティ壁面との間に前記入口部と前記主室とを連 通する通路を形成するガス誘導突出部をシリンダヘッド下面に形成し、しかも前 記主室に立設する複数のピンを設け、前記副室から噴出する燃焼ガスを前記入口 部から前記通路を通って前記主室に吹き出し、前記主室での乱れを増強させて燃 焼ガスと空気との混合を促進して燃焼ガスと空気との混合を短期に達成して燃焼 期間を短縮して良好に二次燃焼させ、エンジン出力を向上させると共に、ＨＣ、 ＮＯ_X の発生を抑制することができる副室式燃焼室を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

この考案は、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 、この考案は、シリンダヘッドに形成した副室、該副室をシリンダ側に連通する 連絡孔、該連絡孔に対向する入口部を一端部に形成し且つ該一端部から他端部側 へ漸次深く拡開状態に伸びるピストンヘッドに形成したキャビティ、該キャビテ ィの前記連絡孔から離れた部分で構成される主室、及び前記シリンダヘッドの下 面から突出し且つ上死点近傍で前記キャビティの前記入口部と前記主室との間の 部分に突入して前記キャビティ壁面との間に前記入口部と前記主室とを連通する ガス通路を形成するガス誘導突出部から構成した副室式燃焼室に関する。

【００１０】 また、この副室式燃焼室において、前記主室には複数のピンが立設しているも のである。

【００１１】

【作用】

この考案による副室式燃焼室は、上記のように構成されており、次のように作 用する。即ち、この副室式燃焼室は、ガス誘導突出部をシリンダヘッドの下面か ら突出させ、該ガス誘導突出部を上死点近傍でピストンヘッドに形成したキャビ ティに突入させ、前記ガス誘導突出部とキャビティ壁面との間に連絡孔に対向す る入口部とピストンヘッドに形成した主室とを連通するガス通路を形成したので 、前記副室で一次燃焼した燃焼ガスは前記連絡孔から吹き出された後、該燃焼ガ スは前記入口部から前記ガス通路に確実に流入し、該ガス通路で増速して前記主 室へ確実に高速で流れ込み、前記主室に強力な燃焼ガスの乱れを形成し、該乱れ 中に新気を巻き込んで燃焼ガスと空気との混合を促進して燃焼期間を短縮できる 。また、前記主室に複数のピンを立設しておけば、燃焼ガスの乱れを一層増強す ることができる。更に、前記主室からシリンダヘッド下面とピストンヘッド上面 との間に形成されるシリンダ室への燃焼ガスの流れは前記副室から吹き出される 燃焼ガスに干渉することがない。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案による副室式燃焼室の実施例を説明する。ま ず、図１、図２及び図３を参照して、この考案による副室式燃焼室の一実施例を 説明する。図１はこの発明による副室式燃焼室の一実施例を示す断面図、図２は 図１の副室式燃焼室におけるピストンの上面を示す平面図、及び図３は図１の副 室式燃焼室におけるシリンダヘッドの下面を示す平面図である。

【００１３】 図示のように、この副室式燃焼室は、シリンダブロック１４、該シリンダブロ ック１４に固定され且つ吸気ポート２５と排気ポート２６を形成したシリンダヘ ッド７、シリンダヘッド７に形成した断熱構造の副室２、シリンダブロック１４ に形成したシリンダ２３内を往復運動するピストン１７、副室２内に噴孔を配置 した燃料噴射ノズル６及びピストン１７のピストンヘッド４に形成したキャビテ ィ２０で構成される主室１を有している。シリンダヘッド７に形成した穴部１９ には、ヘッド下面部２２とライナ上部２４を一体構造に形成したヘッドライナ１ ０が嵌入し、該ヘッドライナ１０によってシリンダ室１３が形成されている。ヘ ッドライナ１０は、耐熱性及び断熱性に富んだセラミックス、耐熱金属等から製 作することができる。また、副室２の断熱構造については、例えば、シリンダヘ ッド７に形成された凹部２１に配置され且つヘッドライナ１０に形成した孔部２ ９に嵌合した耐熱性及び断熱性に富んだセラミックス、耐熱金属等から成る副室 壁体３から構成されている。副室壁体３及びヘッドライナ１０は、シリンダヘッ ド７に取付金具等で固定されている。また、副室壁体３の下部はシリンダヘッド 下面１２の一部を構成している。該副室壁体３の下面中央部には、シリンダ室１ ３側に開口する連通孔９が形成されている。また、副室壁体３には副室２に燃料 を噴射する燃料噴射ノズル６が配置されている。また、吸排気ポート２５，２６ には吸排気バルブ２７，２８が配置されている。

【００１４】 この副室式燃焼室は、副室２をシリンダ側に開口する連絡孔９に対向する入口 部１５を一端部に形成し且つ該一端部から他端部側へピストンヘッド頂面１１か ら漸次深く拡開状態に伸びるキャビティ２０をピストンヘッド４に形成し、連絡 孔９より離れた部位に該キャビティ２０の一部で主室１を構成する。しかも、シ リンダヘッド７の下面１２から垂下したガス誘導突出部５を形成し、該ガス誘導 突出部５が上死点近傍でキャビティ２０の入口部１５と主室１との間の部分に突 入し、該ガス誘導突出部５はキャビティ２０の傾斜底面に対応するように入口部 １５から主室１側へ傾斜した傾斜状下面３０を有している。従って、ピストン上 死点近傍において、ガス誘導突出部５がキャビティ２０内へ突入すると、ガス誘 導突出部５の傾斜状下面３０とキャビティ２０の底面との間に入口部１５と主室 １とを連通するガス通路８が形成されるようになる。このガス通路８は、キャビ ティ２０が入口部１５側から主室１側へ拡開状態に構成され、燃焼ガスを入口部 １５から主室１へ確実に案内する作用に加えて一種の絞り部となって燃焼ガスの 流れを増速することになる。しかも、ピストンヘッド４に形成した主室１には、 複数のピン１６が立設しており、主室１に流入した燃焼ガスはこれらのピン１６ に衝突して燃焼ガスの乱れが増強され、燃焼ガスと主室１に存在する新気との混 合が促進され、燃焼期間を短縮して良好に二次燃焼を行うことができる。

【００１５】 また、この副室式燃焼室において、ピストンヘッド４には上死点で連絡孔９に 突入可能な突出部１８が形成されている。この突出部１８は、連絡孔９に突入し て環状通路にすることで連絡孔９の通路面積を絞る効果があり、副室２から該環 状通路を通じて吹き出される燃焼ガスを増速し、該燃焼ガスはシリンダ側の入口 部１５に向けて吹き出され、吹き出された燃焼ガスはピストンヘッド４の入口部 １５からガス誘導突出部５とキャビティ壁面で形成されるガス通路８に吹き込ま れ、該ガス通路８で増速して高速で主室１へと吹き込まれる。

【００１６】 この副室式燃焼室は、上記のように構成されているので、次のように作用する 。即ち、この副室式燃焼室の燃焼サイクルにおいて、ピストン上死点近傍である 圧縮行程後半においてピストン１７に設けた突出部１８が連通孔９に突入し、連 絡孔９の流路面積を絞った状態になる。次いで、圧縮行程終端に向かってピスト ン１７は上昇するが、圧縮行程終端付近では副室２への流入空気は押し込められ 、副室２内で強力な乱れ或いはスワールを形成するようになる。この状態で、燃 料噴射ノズル６から副室２内に噴射された燃料噴霧は、副室２での流動空気と良 好な一次混合を達成して燃料リッチで一次燃焼をすることになる。

【００１７】 一方、ピストンヘッド４に形成したキャビティ２０は、入口部１５、上死点近 傍で形成されるガス通路８及び主室１を構成するので、この副室式燃焼室の燃焼 サイクルは膨張行程に移行するが、膨張行程初期において、副室２から通路面積 を突出部１８で絞られた連絡孔９を通じて吹き出される燃焼ガスは、高速で入口 部１５に吹き出され、次いでガス通路８にガイドされて増速しつつ平面的に拡散 しながら主室１の全域に渡って拡散流出する。そこで、主室１内へ拡散して流入 した燃焼ガスは、主室１内に立設している複数のピン１６に衝突しながら乱れを 増強して主室１内に存在する新気との混合を促進して短期に混合気が生成され、 燃焼期間を短縮して二次燃焼を行うことになる。更に、ピストン１７は下降し、 主室１内で二次燃焼した火炎と二次混合気とは、主室１からシリンダ室１３へと 吹き出され、該シリンダ室１３に存在する新気と三次混合して三次燃焼を行い、 燃焼を完結する。

【００１８】 従って、この副室式燃焼室は、燃料噴射ノズル６から副室２に噴射された燃料 は、副室２で副室２内の空気と一次混合して一次燃焼し、副室２から吹き出され た火炎と混合気はガス通路８を通って高速で確実に主室１に流入し、主室１で主 室１に存在する新気と二次混合して二次燃焼し、次いで主室１からシリンダ室１ ３に吹き出され、該シリンダ室１３でシリンダ室１３に存在する新気と三次混合 して三次燃焼することができ、燃料は良好な状態で完全に燃焼し、ＨＣ、ＮＯ_X の発生を抑制することができる。従って、この副室式燃焼室によれば、燃焼サイ クルにおいて燃焼期間が短縮され、燃費が改善され、ＨＣ、ＮＯ_X の発生を抑制 することができる。

【００１９】

【考案の効果】

この考案による副室式燃焼室は、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、この副室式燃焼室は、シリンダヘッドの下面から突出したガ ス誘導突出部を備え、該ガス誘導突出部を上死点近傍でピストンヘッドに形成し たキャビティに突入させてキャビティ壁面との間に主室へ燃焼ガスを誘導するガ ス通路を形成したので、前記副室で一次燃焼した火炎及び混合気はガス誘導突出 部とキャビティ壁面とで形成されるガス通路を通って確実に且つ高速で主室にガ イドされて流入する。しかも、前記主室内に複数のピンを設けることによって増 速された燃焼ガスはこれらのピンに衝突して乱れが増強され、燃焼ガスと空気と の混合が短期に達成され、燃焼期間を短縮できる。また、前記主室からシリンダ 室側へ吹き出される燃焼ガスは前記副室から連絡孔を通じて吹き出される燃焼ガ スとの間に干渉は無く、引き続く三次燃焼を良好に行うことができる。

【００２０】 従って、前記副室で一次燃焼した燃焼ガス及び混合気は前記副室から前記ガス 通路を通じて前記主室に確実に且つスムースに流入し、該火炎と混合気とは前記 主室内で新気と二次混合を促進して火炎と空気との混合を短期に達成して良好に 二次燃焼し、次いで、火炎と混合気とは前記主室からシリンダ室に流出して前記 シリンダ室内の新気と三次混合を良好に行って三次燃焼して完全に燃焼を完結し 、ＨＣ、ＮＯ_X の発生を抑制することができる。

【００２１】 この副室式燃焼室では、前記副室内で発生している強力な空気流動即ちスワー ル中に前記副室に配置した燃料噴射ノズルからの噴霧燃料が噴射され、該燃料噴 霧と副室内の空気とは一次混合して良好な混合気が形成されて着火して一次燃焼 を行う。即ち、ピストン上死点で前記連絡孔は流通面積が小さくなって絞り状態 になり、それによって前記副室内は密閉空間となり、前記副室に導入される空気 は前記副室内で強力なスワールを発生する。圧縮行程終端において燃料噴射ノズ ルから噴射された噴霧燃料は前記スワールと良好な混合気を形成し、前記副室で 燃料リッチな状態で燃焼して前記副室内の圧力を上昇させると共に、ＮＯ_X の発 生を抑制した燃焼を行う。次いで、膨張行程でピストンが下降すると、前記突出 部が前記連絡孔から抜け出して前記連絡孔が完全な開放状態になる。そこで、前 記副室内の混合気及び火炎は前記副室と前記ガス通路との圧力差によって一気に 前記連絡孔から前記ガス誘導突出部の壁面によってガイドされ、前記副室から吹 き出される火炎と混合気とはシリンダ室に流出することなく、前記ガス通路に案 内されてスムースに確実に高速で前記主室へと吹き込まれる。そこで、前記主室 で二次混合を行って二次燃焼を行う。次いで、ピストンが更に下降して前記主室 からシリンダヘッド下面とピストンヘッド上面とで形成されるシリンダ室側へ吹 き出され、三次燃焼を行い、理想的な燃焼が完結する。

【００２２】 従って、この副室式燃焼室は、燃焼サイクルにおいて、前記副室で一次燃焼、 次いで前記主室で二次燃焼、最後に前記シリンダ室で三次燃焼の３回に燃焼を行 うので、ＨＣ、ＮＯ_X の発生を抑制することができる。しかも、前記連通孔には 前記突出部が突入する構成であるので、前記連通孔自体を、従来の副室式エンジ ンのように絞る必要がなく、大径に形成できるので、前記副室に空気を導入する 場合の絞り損失はなく、エンジン性能を低下することなく、高効率のエンジンを 提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による副室式燃焼室の一実施例を示し
且つ燃焼サイクル中の圧縮行程後半の状態を示す断面図
である。

【図２】図１の副室式燃焼室におけるピストンの平面図
である。

【図３】図１の副室式燃焼室におけるシリンダヘッド下
面の平面図である。

【図４】従来の副室式エンジンの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 副室壁体 ４ ピストンヘッド ５ ガス誘導突出部 ６ 燃料噴射ノズル ７ シリンダヘッド ８ ガス通路 ９ 連絡孔 １０ ヘッドライナ １３ シリンダ室 １５ 入口部 １６ ピン １７ ピストン １８ 突出部 ２０ キャビティ ３０ ガス誘導突出部の傾斜状下面

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成した副室、該副室
   をシリンダ側に開口する連絡孔、該連絡孔に対向する入
   口部を一端部に形成し且つ該一端部から他端部側へ漸次
   深く拡開状態に伸びるピストンヘッドに形成したキャビ
   ティ、該キャビティの前記連絡孔から離れた部分で構成
   される主室、及び前記シリンダヘッドの下面から突出し
   且つ上死点近傍で前記キャビティの前記入口部と前記主
   室との間の部分に突入して前記キャビティ壁面との間に
   前記入口部と前記主室とを連通するガス通路を形成する
   ガス誘導突出部、から構成した副室式燃焼室。
2. 【請求項２】 前記主室には複数のピンが立設している
   請求項１に記載の副室式燃焼室。