JPH04318218A - 副室式燃焼室 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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、断熱エンジンの高温燃焼に対応す
るため、副室式燃焼室が種々開発されている。例えば、
特開平２−１１２６１３号公報に開示された副燃焼室の
構造は、主燃焼室に噴孔を通じて連通した副燃焼室を形
成する副燃焼室壁体を断熱材によって構成し、前記副燃
焼室壁体の内壁面のセラミック材から成る薄膜部材を配
置すると共に、前記副燃焼室壁体の外周面に金属製保護
筒を嵌着したものである。

【０００３】従来、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】

【発明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。

【０００５】図４に示す副室式エンジンは、ピストン３
６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３
２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。

【０００６】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。

【０００７】そこで、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室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、前記
連絡孔に対向して前記ピストンヘッドに入口部を形成し
、該入口部を分流壁で分流した各通路を通じて前記主室
に連通し、前記各通路から前記主室に吹き出される燃焼
ガスを前記主室内で衝突させて乱れを増進させ、前記主
室内で燃焼ガスと空気との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
、ＮＯＸ　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。

【０００８】

【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、ピストンヘッドに形成した主室、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前記ピストンヘッドに形成
した入口部、及び該入口部から前記ピストンヘッドに設
けた分流壁で離れる方向に分流して前記主室に開口する
前記ピストンヘッドに形成した各通路、から構成した副
室式燃焼室に関する。

【０００９】また、この副室式燃焼室において、前記副
室から前記連絡孔を通じて吹き出す燃焼ガスは前記入口
部から前記各通路を構成する前記分流壁の壁面に沿って
衝突してガイドされ、次いで、前記各通路から前記主室
に吹き出される燃焼ガスは互いに衝突させて空気との混
合を促進するように構成したものである。

【００１０】

【作用】この発明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、連絡孔に対向する前記ピストンヘッドに形
成した入口部、及び該入口部から前記ピストンヘッドに
設けた分流壁で互いに離れる方向に伸びる状態に分流し
て前記主室に開口する前記ピストンヘッドに形成した各
通路を有しているので、前記各通路を通って前記副室で
一次燃焼した火炎と混合気との燃焼ガスは、前記分流壁
の壁面に衝突しガイドされて前記主室内へ対向する方向
で流入し、前記各通路から前記主室に吹き出された燃焼
ガスは互いに衝突して乱れを増幅し、ガス内部への周辺
空気の取り込みを促進して前記主室内の新気との混合を
促進して燃焼期間を短縮して良好に二次燃焼する。しか
も、前記主室からシリンダ室内へ吹き出される燃焼ガス
は前記副室から吹き出される燃焼ガスに阻害されること
もない。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式燃焼室の実施例を説明する。図１、図２及び図３を参
照して、この発明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に
おけるピストンの平面図、図２はこの発明による副室式
燃焼室の一実施例を示し且つ図１の線Ａ−Ａにおけるピ
ストンを示す断面図、及び図３はこの発明による副室式
燃焼室の一実施例を示し且つ図１の線Ｂ−Ｂにおけるピ
ストンを示す断面図である。

【００１２】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
且つ吸排気ポート２５（一方のみ示す）を備えたシリン
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９及びピストン１７のピストンヘッド
１８に形成したキャビティ２２で構成される主室１を有
している。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２０に配置された耐熱性
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は、シリン
ダヘッド７に取付金具で固定されている。副室壁体３の
下面中央部には、シリンダヘッド下面１２とピストンヘ
ッド上面１１との間に形成されるシリンダ室１３側に開
口する連通孔６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９が配置され
ている。なお、吸排気ポート２５には吸排気弁２６（一
方を図示）が配置されている。

【００１３】この副室式燃焼室については、特に、燃焼
室を断熱構造に構成した断熱エンジンに適用して好まし
いものである。即ち、燃焼室を断熱構造に構成すること
によって高温燃焼になるが、副室２での燃焼状態は断熱
構造と副室２内に発生させるスワールとで良好な燃焼を
行うことができる。しかしながら、副室２から吹き出さ
れる燃焼ガスを主室１で燃焼期間を短縮して良好に燃焼
させなければ、高温燃焼に対応できるとはいえない。即
ち、高温燃焼の場合には、燃料と空気とが十分に混合し
ないうちに着火燃焼し、燃料は一部が燃焼する状態とな
ってハイドロカーボンＨＣ、窒素酸化物ＮＯＸ　、未燃
ガス等の発生原因になると共に、燃費を低下させ、エン
ジン性能を低下させることになる。そこで、この副室式
燃焼室は、主室１が高温燃焼に対応できるように、次の
ように構成されている。

【００１４】この副室式燃焼室において、ピストンヘッ
ド１８にはシリンダヘッド７に形成した連絡孔６に対向
する位置に凹部状の入口部１５を形成され、また、ピス
トンヘッド１８に形成した主室１は連絡孔６から離れた
部位に位置している。入口部１５と主室１との間のピス
トンヘッド１８には分流壁５が位置し、入口部１５と主
室１とを連通する通路は分流壁５によって分岐した２つ
のガス通路８に形成され、これらのガス通路８は互いに
離れる方向に伸びる状態に分岐され、ガス通路８の出口
部１６は主室１の両側壁面１９に接線方向に開口するよ
うに伸びている。しかも、これらのガス通路８は、上方
は頂面壁体１０で覆われてトンネル形状に形成されてい
る。従って、副室２から連絡孔６を通じて吹き出された
燃焼ガスは、入口部１５から各ガス通路８を構成する分
流壁５の先端部４の壁面に衝突して該壁面に沿って確実
にガイドされ、高速で主室１側へと流動することができ
る。次いで、各ガス通路８から主室１に吹き出される燃
焼ガスは、主室１の側壁面１９にそれぞれガイドされ、
互いに衝突して乱れを増進され、該乱れ中に主室１に存
在する新気が巻き込まれて燃焼ガスと空気との混合が促
進される。分流壁５の先端分流壁４は、図１では円弧状
壁面に形成されており、ヒートスポットになることを避
けているが、場合によっては、該先端部４を先尖りに形
成し、該先端部４を耐熱性に富むセラミックスで製作す
ることも可能である。なお、ピストンヘッド１８に形成
したキャビティ２２で構成される主室１は、先尖り状リ
ップ部から成る燃焼室開口を備えているリエントラント
型燃焼室に形成することも可能である。

【００１５】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燃料噴射ノズル９から燃料が
副室２内に噴射され、該噴射燃料は副室２内に形成され
ているスワールと良好に混合して混合気を生成し、該混
合気は燃料リッチで一次燃焼する。次いで、燃焼サイク
ルは、膨張行程に移行し、膨張行程初期において副室２
から連絡孔６を通って吹き出された混合気と火炎との燃
焼ガスは、上昇しているピストン１７のピストンヘッド
１８に形成された入口部１５に吹き込まれる。入口部１
５に吹き込まれた燃焼ガスは、分流壁５に衝突してガス
通路８へ流入し、分流壁５の壁面にガイドされて高速で
勢い良くスムースに主室１へ吹き込まれる。主室１内に
流入した混合気と火炎とは、主室１内で強力な空気乱れ
の新気と短時間に二次混合を行い、燃焼期間を短縮して
二次燃焼をする。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、シリンダ室１
３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、燃焼を完全に完結する。

【００１６】従って、この副室式燃焼室は、燃料噴射ノ
ズル９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各ガス通路８を通ってスムースに
主室１に流入して互いに衝突して混合を促進し、主室１
で主室１に存在する新気と短期に二次混合して燃焼期間
を短縮して二次燃焼し、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、ＮＯＸ　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、ＮＯＸ　の発生を抑制すること
ができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明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、ピストンヘッドに形成した主室
、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前記ピストンヘ
ッドに形成した入口部、及び該入口部から前記ピストン
ヘッドに設けた分流壁で離れる方向に分岐して前記主室
に開口する前記ピストンヘッドに形成した各ガス通路か
ら構成したので、前記副室で一次燃焼した火炎と混合気
との燃焼ガスは前記各ガス通路を通って前記主室へ確実
にガイドされて高速で流入して互いに衝突して乱れが強
められ、前記主室での新気との混合が短期に達成され、
燃焼期間を短縮して二次燃焼を行い、前記主室での高温
燃焼に対応できる。また、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
室へ吹き出される燃焼ガスは、前記副室から吹き出され
る燃焼ガスとは干渉することもなく、前記シリンダ室で
良好に三次燃焼を行うことができる。

【００１８】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２つの前記ガス通路を通じて
互いに流れ方向を前記主室の両側壁面に向けて流れ、前
記主室に確実に且つスムースに流入し、次いで衝突して
乱れとなり、該乱れは前記主室内で新気と二次混合を促
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する。次いで、前記主室か
ら流出する燃焼ガスは、前記副室から吹き出される燃焼
ガスと干渉することなく、前記主室から前記シリンダ室
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する。即ち、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回の燃焼を確実に行い、ＨＣ、ＮＯ
Ｘ　等の発生を抑制することができ、燃費を低減してエ
ンジン性能を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式燃焼室の一実施例を示す
図面であり、この副室式燃焼室におけるピストンの頂面
を示す平面図である。

【図２】この発明による副室式燃焼室の一実施例を示し
且つ図１の線Ａ−Ａにおけるピストンを示す断面図であ
る。

【図３】この発明による副室式燃焼室の一実施例を示し
且つ図１の線Ｂ−Ｂにおけるピストンを示す断面図であ
る。

【図４】従来の副室式燃焼室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　　　　分流壁の先端部 ５　　　　分流壁 ６　　　　連絡孔 ７　　　　シリンダヘッド ８　　　　ガス通路 ９　　　　燃料噴射ノズル １０　　頂面壁体 １３　　シリンダ室 １５　　入口部 １７　　ピストン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ピストンヘッドに形成した主室、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前記ピストンヘッドに
   形成した入口部、及び該入口部から前記ピストンヘッド
   に設けた分流壁で離れる方向に分岐して前記主室に開口
   する前記ピストンヘッドに形成した各通路、から構成し
   た副室式燃焼室。
2. 【請求項２】　　前記副室から前記連絡孔を通じて吹き
   出す燃焼ガスは前記入口部から前記各通路を構成する前
   記分流壁の壁面に沿ってガイドされ、次いで、前記各通
   路から前記主室に吹き出される燃焼ガスは互いに衝突し
   て空気との混合が促進される請求項１に記載の副室式燃
   焼室。