JPH0436018A - 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、衝突面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７シユ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、スワール性成のため、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＃ｌ微粒
化及び貫徹力をアップさせるため、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ワール
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（例えば、特開昭６３−２１５８１９
号公報参照）。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、副室内の
旋回流に沿って燃料を噴霧し、混合を図るものであり、
自由噴流が強い旋回流に掻き混ぜられて混合が行われて
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
って生じ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
上記突出部局りに形成し、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ッキングが発生
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記ｏＳＫＡ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ッシュ流が発
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、エンジンの部分負荷時には、ＮＯ
ｘの発生はある程度抑制されるが、エンジンの高負荷時
には、燃焼室内は高温になると共に、直接噴射式で燃料
を燃焼させるので、Ｎ　ＯＸの発生が増加するという問
題がある。

また、前掲特開昭６３−２１５８１９号公報等に開示さ
れた副室式燃焼室は、副室での自由噴流内の燃料濃度分
布は極めて不均一であり、強い旋回流をもってしても完
全には均一な混合は実現できていないものである。そこ
で、副室内で燃料と空気との良好な混合を実現するには
如何に構成すればよいかの課題があった。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
ノリンダヘッドに配置した壁体に副室及び該副室と主室
とを連通ずる連絡孔を形成し、該連絡孔を形成する壁体
或いは副室を形成する壁体に空気流動方向に直交する方
向に衝突面を有する衝突板を配置し、該衝突面に液状燃
料を噴射するように噴口を開口して燃料噴射ノズルを設
け、主室から副室に流入する空気流に燃料噴射ノズルか
らの燃料を衝突面に衝突させて燃料フィルムを形成し、
該燃料フィルムを流動空気に交差させて混合を促進し、
副室内に良好な混合気を生成し、副室で燃料リッチで燃
焼させてＮＯＸの発生を抑制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、シリンダヘッドに配置
され且つ副室及び該副室と主室を連通ずる連絡孔を形成
した壁体、該壁体に配置され且つ空気流動方向に直交方
向に衝突面を形成した衝突板、及び噴射液状燃料を前記
衝突面に衝突させて形成される燃料フィルムを空気流に
交差させるため噴口を前記衝突面に対して開口した燃料
噴射ノズル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、前記衝突
板を前記副室を形成する前記壁体に配置し、前記燃料噴
射ノズルから噴射された燃料を前記衝突面に衝突させて
拡散した燃料フィルムを前記副室内に形成されるスワー
ル流線に交差させるように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、前記衝突
板を前記副室に近い前記連絡孔を形成する前記壁体に配
置し、前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料を前記衝
突面に衝突させて拡散した燃料フィルムを前記連絡孔か
ら前記副室に流入する吸入空気に交差させるように形成
するものである。

〔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、副室と連絡孔を構成するシリンダヘ
ッドに設けた壁体に衝突板を配置し、主室から副室に流
入する空気流に、該衝突板の衝突面に燃料噴射ノズルよ
り噴射された燃料を衝突させて形成した燃料フィルムを
交差させたので、燃料と空気との混合は初期から均一な
混合が実現でき、良好な混合気を生成することができる
。従って、燃焼期間の短縮を図り、ＨＣの発生を抑制で
きると共に、副室で燃料リンチで主たる燃焼を行わせて
ＮＯｘの発生を抑制することができる。

〔実施例〕

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

第１図はこの発明による燃料衝突拡散式エンジンを示す
概略図、及び第２図は第１図の線■−■における断面図
である。

この燃料衝突拡散式エンジンは、明確には図示していな
いが、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１気ボート及び排気ボートを備えてシリンダヘ
ッド３、シリンダヘッド３に形成した副室２、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内を往
復運動するピストン１５、及びシリンダへラド３の下面
部とシリンダライナ１４とで構成される主室１を有して
いる。また、シリンダヘッド３に形成した副室２は、シ
リンダヘッド下面に形成した連絡孔１０を通じて主室１
に連通している。

特に、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、副室２及
び該副室２と主室１を連通ずる連絡孔１０を形成した壁
体６をシリンダヘッド３に配置し、該壁体６には燃料が
衝突する衝突面１２を提供する衝突板５が配置されてい
る。壁体６は、耐熱性に冨んだ窒化珪素（ＳｊｓＮ４）
等のセラミック材料から製作されている。この衝突板５
は、主室１から副室２に流入する空気流動方向に直交方
向に衝突面１２を形成している。衝突面１２は、表面が
平らな面に形成され、衝突した液状燃料は核子らな面に
ガイドされスムースに拡散して、燃料フィルムとなって
空気流に交差するように形成されている。

また、燃料噴射ノズル４は、その噴口１１を衝突面１２
に対して開口しており、針弁７と噴口１１を形成したノ
ズル本体８を有するビントルノズル等の単孔ノズルとし
て構成されている。この噴口１１の形状は、異形噴口で
ある偏平な噴孔に形成されることが好ましく、噴口１１
から偏平流噴霧となって噴射された噴射燃料は、平らな
衝突面１２にフィルム状に拡散し昌いように衝突する。

ピストン１５の圧縮上死点付近で噴口１１から噴射され
る液状燃料は、衝突面１２に衝突し、該衝突面１２の表
面に沿って連絡孔１０へと拡散され、燃料フィルムとな
って連絡孔１０から副室２に流入する空気流に交差する
ようになる。図では、衝突板５は、燃料噴射ノズル４の
ノズル本体８から伸び出して一体構造に構成されている
。

従って、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、燃料噴
射ノズル４の噴口１１から噴射された液状燃料は、衝突
板５の衝突面１２に衝突し、次いで、該衝突面１２に沿
って拡散して燃料フィルムを形成し、該燃料フィルムは
連絡孔１０を流動する吸入空気に交差し、燃料が噴射さ
れた初期から燃料と空気とは均一に混合が促進されるこ
とになる。

次いで、混合気は着火燃焼し、上死点後直ちに連絡孔１
０を通って火炎は主室１へ吹き出される。

主室１へ吹き出されることによって燃料当量比は急激に
低下すると共に、燃焼温度が低下し、Ｎ。

８発生の燃焼領域を直ちにクリヤーしてＮＯｘの発生が
抑制される。

次に、この発明による燃料衝突拡散式エンジンの別の実
施例を、第３図を参照して説明する。この燃料衝突拡散
式エンジンは、上記実施例のものと比較して衝突板の配
置位置が相違する以外は全く同一の構成及び機能を有す
るものである。即ち、衝突板５は、副室２を形成する壁
体６に配置されている。この衝突板５の衝突面１２には
、シリンダヘッド３に配置された燃料噴射ノズル４の噴
口１１から噴射された燃料が衝突するように構成されて
いる。衝突面１２に衝突した液状燃料は、衝突面１２に
東向されて燃料フィルムとなって副室２内に拡散し、該
燃料フィルムは副室２内に形成されている矢印で示すス
ワール流線に交差することになり、燃料が噴射された初
期から燃料と空気とは均一に混合が促進され、着火燃焼
し、上死点後直ちに連絡孔１０を遣って火炎は主室１へ
吹き出される。主室１へ吹き出されることによって燃料
当量比は急激に低下すると共に、燃焼温度が低下し、Ｎ
ＯＸ発生の燃焼領域を直ちにクリヤーしてＮＯＸの発生
が抑制される。

〔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、シリンダヘッドに配置さ
れ且つ副室及び該副室と主室を連通ずる連絡孔を形成し
た壁体、該壁体に配置され且つ空気流動方向に直交方向
に衝突面を形成した衝突板、及び噴射液状燃料を前記衝
突面に衝突させて形成される燃料フィルムを空気波に交
差させるため噴口を前記衝突面ムこ対して開口した燃料
噴射ノズルを有するので、燃料と空気との混合は初期か
ら均一な混合が実現でき、良好な混合気を生成すること
ができる。従って、燃焼期間の短縮を図り、ＨＣの発生
を抑制できると共に、副室で燃料リンチで主たる燃焼を
行わせてＮ　Ｏｘの発生を抑制することができる。また
、前記主室での二次燃焼については、前記副室から火炎
が前記主室へ吹き出されることによって、燃料当量比は
急激に低下すると共に、燃焼温度が低下し、ＮＯ８の発
生が抑制される。

また、燃料噴射ノズルの噴口を偏平な噴孔に形成するこ
とによって、噴口から噴射される噴射燃料は偏平流噴霧
となって平らな衝突面に衝突するので、噴射燃料は良好
なフィルム状になって拡散され、衝突面にガイドされて
空気流に交差状態に吹き出され、燃料と空気との良好な
混合気を生成することができる。

また、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記衝突
板は前記副室を形成する前記壁体に配置することによっ
て、前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料を前記衝突
面に衝突させて拡散した燃料フィルムを前記副室内に形
成されるスワール流線に確実に且つ強制的に交差させる
ことができる。

更に、この燃料衝突拡散式エンジンにおいて、前記衝突
板を前記副室に近い前記連絡孔を形成する前記壁体に配
置することによって、前記燃料噴射ノズルから噴射され
た燃料を前記衝突面に衝突させて拡散した燃料フィルム
を前記連絡孔から前記副室に流入する強力な空気流に確
実に交差させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による燃料衝突拡散式ニンジンの一実
施例を示す説明図、第２図は第１図の■ｎにおける断面
図、及び第３閏はこの発明による燃料衝突拡散式エンジ
ンの別の実施例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・・・・・・・衝突板、６・・・壁体、１０・・・・
一連絡孔、１１−−−−−一噴口、１２−衝突面。 出願人　　いす−自動車株式会社 代理人　　弁理士　尾　仲　−家 弟１頁の続き ＠発明者 佐 々 木 洋 士 神奈川県藤沢市上棚８番地 研究所内 株式会社いすずセラミックス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッドに配置され且つ副室及び該副室と
   主室を連通する連絡孔を形成した壁体、該壁体に配置さ
   れ且つ空気流動方向に直交方向に衝突面を形成した衝突
   板、及び噴射液状燃料を前記衝突面に衝突させて形成さ
   れる燃料フィルムを空気流に交差させるため噴口を前記
   衝突面に対して開口した燃料噴射ノズルを有する燃料衝
   突拡散式エンジン。
2. （２）前記衝突板を前記副室を形成する前記壁体に配置
   し、前記燃料噴射ノズルから噴射された燃料を前記衝突
   面に衝突させて拡散した燃料フィルムを前記副室内に形
   成されるスワール流線に交差させるように形成する請求
   項１に記載の燃料衝突拡散式エンジン。
3. （３）前記衝突板を前記副室に近い前記連絡孔を形成す
   る前記壁体に配置し、前記燃料噴射ノズルから噴射され
   た燃料を前記衝突面に衝突させて拡散した燃料フィルム
   を前記連絡孔から前記副室に流入する空気流に交差させ
   るように形成する請求項１に記載の燃料衝突拡散式エン
   ジン。