JPH0460110A - 副室式ディーゼルエンジン - 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、主室に連絡孔を通じて連通ずる副室を備え
た副室式ディーゼルエンジンに関する。

〔従来の技術〕

一般に、副室式エンジンは、主室と副室とを有し、両室
をスロート即ち連絡孔によって連通している。主室（上
死点Ｔ、Ｄ、Ｃ，での主室の容積）と副室との容積割合
は、現在主流のスワールチャンバタイプで、約５０％宛
となっている。また、上記連絡孔の面積は、ピストン頂
面の面積の０．９〜１゜４％程度となっており、この連
絡孔より圧縮行程では副室内に強いスワールが発生し、
燃料と空気の混合が行われる。また、副室内での一次燃
焼後、燃焼ガスはこの連絡孔より主室に高速で噴出し、
主室に存在する新気と混合することにより、二次の混合
及び燃焼が行われる。上記の構成によって、副室式エン
ジンは、燃料と空気との混合が副室と主室とで２回行わ
れ、混合状態が直接噴射式エンジンに比較して良好にな
り、−次燃焼と二次燃焼に分けられているため、ＮＯＸ
の生成が少ないという特性を有している。

従来、渦流室付きエンジンとして、実開昭６０−５２３
４４号公報に開示されたものがある。該渦流室付きエン
ジンは、主燃焼室と渦流室とをそれぞれ連通する第１噴
口及び第２噴口を備えており、前記両噴口は、該両噴口
を通して前記主燃焼室から前記渦流室へ導入される空気
が互いにほぼ平行に且つ逆方向に旋回する第１、第２の
２つの渦流を生成するように指向形成され、前記渦流室
には前記第１の渦流と第２の渦流との間に臨むように点
火プラグが配置されているものである。

また、特開昭５５−１７６８８号公報には、ディーゼル
エンジンが開示されている。該ディーゼルエンジンは、
シリンダの外側に位置する予燃焼室と、シリンダと予燃
焼室を相互に連通ずる伝達ダクトを含み、該伝達ダクト
を介して圧縮行程においてシリンダ内でピストンの摺動
により圧縮された空気を予燃焼室に導入するようにし、
更に、圧力下で燃料を圧縮行程中に予燃焼室に導入する
ための燃料インジェクタを含み、予燃焼室が実質的にト
ロイド状でその基軸はシリンダの軸に垂直であること、
及びインジェクタが予燃焼室と連通ずる複数の燃料微粒
子化用ノズルを備えた放出口端部を有し、且つ燃料イン
ジェクタは上記基軸と同軸であることから成るものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、副室式エンジンは直接噴射式エンジンに
比較して、サイクル効率が低いという問題点を有してい
る。その理由は、−次燃焼から二次燃焼に移る時に、断
面積の小さな連絡孔を通るため、全体の燃焼時間が長く
なること、また、圧縮行程において連絡孔を通って空気
を圧縮する必要があるため、圧縮仕事が増大するからで
ある。

前掲実開昭６０−５２３４４号公報に開示された渦流室
付きエンジンについては、燃料噴射ノズルの噴孔は渦流
室の壁面に開口されている。そして、渦流室内に逆方向
の２つの渦流を発生させて乱れを生しさせているが、逆
方向のため渦流は弱くなっている。単噴孔による噴霧を
渦流室全体に拡散させて良好な混合気を形成するには、
強い渦流による分散が不可欠であり、該渦流室付きエン
ジンのように、渦流室の壁面に開口した単一噴孔からの
部分的な燃料噴霧を渦流室全体に拡散させるのは困難と
なる。

また、副室式エンジンでは、燃焼後期の主室での良好な
燃焼を実現するため、連絡孔面積は比較的に小さい、そ
のため、必然的に副室内の渦流は強くなり、且つ高い副
室壁温であるので、副室内の着火遅れは短く、これによ
り発生した火炎は強い遠心力のため、燃焼室中央領域に
集まり、いわゆるサーマルピンチを発生し、副室内の混
合気形成が悪くなる６通常、この現象が発生するのを防
止するため、単孔ノズルより噴霧を副室壁面に噴射し、
強い渦流によって混合気は外周側へ且つ燃焼ガスは中央
領域に分離し、全体として良好な混合を達成している。

しかしながら、前掲特開昭５５−１７６８８号公報に開
示されたディーゼルエンジンでは、上記サーマルピンチ
の発生を免れることができず、副室内の混合気形成が悪
くなるという問題を有している。

この発明の目的は、上記のａｍを解決することであり、
主室と副室とを連通ずる複数個の連絡孔を分離した位置
に副室壁体に形成し、各連絡孔を複数個隔置して内壁面
に対して接線方向に形成すると共に、副室内に逆方向の
スワールを形成するように前記連絡孔を逆方向に前記副
室壁体にそれぞれ隔置状態に形成し、前記副室内の前記
各スワールの境界面領域の中心に開口した燃料噴射ノズ
ルの多噴孔から該境界面ｗＩＨの半径方向外向きに燃料
を周囲全域にわたって複数の噴霧を行い、対向方向に流
れるスワールの境界面領域に発生する強い乱れによって
燃料噴霧と空気との混合を促進して短期に良好な混合気
を形成し、しかも乱れが発生するが、スワール即ち渦流
の速度を低下させてサーマルピンチの発生を防止できる
副室式ディーゼル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、主室に連通ずる副室
を構成する副室壁体、前記副室内に互いに逆方向のスワ
ールを形成させるため前記副室壁体の内壁面に対して傾
斜逆方向にそれぞれ隔置状態に形成した複数個の連絡孔
、及び前記副室内に逆方向に形成される前記スワールの
境界面領域の中心に開口し且つ前記スワールの境界面領
域の半径方向外向きに拡散状態に燃料を噴射する多噴孔
を備えた燃料噴射ノズルを有する副室式ディーゼルエン
ジンに関する。

〔作用〕

この発明による副室式ディーゼルエンジンは、以上のよ
うに構成されており、次のように作用する。即ち、この
副室式ディーゼルエンジンは、副室内に逆方向のスワー
ルを形成させるため前記副室の内壁面に対して傾斜逆方
向に前記副室壁体に複数個の連絡孔をそれぞれ隔置状態
に形成し、各スワールの境界面領域の中心に開口した多
噴孔を備えた燃料噴射ノズルから各スワールの境界面領
域の中心から半径方向外向きに燃料を拡散状態に噴射す
るので、対向方向に流れるスワールの境界面領域に発生
する強い乱れによって燃料噴霧と空気との混合が促進さ
れ、短期に良好な混合気を形成し、副室内の熱損失を低
減でき、エンジン性能を向上させることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による副室式ディーゼ
ルエンジンの実施例を詳述する。

第１図はこの発明による副室式ディーゼルエンジンの一
実施例を示す説明図、第２図は第１図の側方から見た状
態を示す説明図及び第３図は第１図の上方から見た状態
を示す説明図である。

この副室式ディーゼルエンジンは、明確には図示してい
ないが、シリンダヘッド３、該シリンダヘッド３を固定
したシリンダブロック、該シリンダブロックに形成した
孔部に嵌合したシリンダライナ、該シリンダライナ内を
往復運動するピストン、該シリンダライナで形成される
シリンダ及び／又はピストンのピストンヘッドで形成さ
れる主室１、シリンダヘッド３の穴部に配置し且つ主室
１に連通する副室２を構成する副室壁体５、主室１と副
室２を連通する副室壁体５に形成した複数個（図では２
個）の連絡孔７Ａ、７Ｂ及び副室２内に多噴孔６を開口
する燃料噴射ノズル４を有している。

この副室式ディーゼルエンジンにおいて、副室壁体５に
形成した２個の連絡孔７Ａ、７Ｂは、副室２内に逆方向
のスワールを形成させるため、副室２の内壁面に対して
接線方向等の傾斜方向に且つ逆方向に副室壁体５にそれ
ぞれ隔置状態に形成されている。従って、主室１から連
絡孔７Ａ、７Ｂを通じて副室２に流入する空気は、矢印
Ａ、　Ｂで示すように、副室２内で逆方向のスワールを
形成する。それ故に、副室２に形成される各スワールＡ
、Ｂは、流れ方向が逆であるため弱められるが、各スワ
ールＡ、Ｂの境界面領域では、空気の強力な乱れが発生
する。

また、燃料噴射ノズル４は、ホールノズルタイプの多噴
孔６に形成され且つ半径方向外向きに噴霧されるように
ノズル本体の円周方向に複数の噴孔（第１図では４個）
が形成されている。燃料噴射ノズル４の多噴孔６は、各
スワールＡ、　Ｈの境界面領域の中心部に多噴孔６を円
周方向全域にわたって開口し、各スワールＡ、Ｂの境界
面領域の半径方向外向きに燃料を噴射するように設定さ
れている。従って、燃料噴射ノズル４から噴射される燃
料噴霧は、たとえ副室２内のスワールＡ、　Ｂが境界面
領域で弱められて強力でなくても、副室２の中心部から
噴射されるので、空気の強力な乱れによって十分に速く
吸入空気と混合気を生成することができる。

更に、この発明による副室式ディーゼルエンジンにおい
て、燃料噴射ノズル４の多噴孔６を連絡孔７Ａと連絡孔
７Ｂとの間で且つ副室２の中心部に開口するように設定
していることである。燃料噴射ノズル４の多噴孔６を上
記のように副室２内に設定することによって、多噴孔６
は副室２内に形成される各スワールＡ、Ｂの境界面Ｎ域
の中心に開口し、該第噴孔６から噴霧される燃料噴霧は
各スワールＡ、Ｂの境界面領域の半径方向外向きに燃料
を噴射することになる。即ち、この副室式ディーゼルエ
ンジンにおいて、空気は２つの連絡孔７Ａ、７Ｂを通じ
て主室１から副室２に流入することにより、副室２内に
矢印Ａ、　　Ｂで示す逆方向のスワールを形成する。こ
のスワールＡとスワールＢとの境界面領域に、燃料噴射
ノズル４の多噴孔６から噴射する燃料噴霧を半径方向外
向きに拡散させ、この境界面領域に形成されている強力
な乱れによって燃料と空気との混合を促進し、良好な混
合気を形成することである。燃料と空気との良好な混合
が短期間に行われ、良好な混合気形成が実現できること
により、副室２内の熱損失を低減でき、エンジン性能を
向上できる。

この副室式ディーゼルエンジンにおいて、副室壁体５は
、シリンダヘッド３に形成した気筒数に対応して形成し
た穴部に嵌合して取付けられ、場合によっては、その一
部がシリンダヘッド３と一体構造に構成されてもよいも
のである。副室壁体５は、耐高温で且つ高強度のセラミ
ック材料、例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）　、炭化珪
＄（ＳｉＣ）　、チタン酸アルミニウム、複合材料等の
セラミック材料から断熱構造に構成することができる。

また、副室壁体５は、例えば、次のようにして製造する
ことができる。例えば、副室壁体５を、窒化珪素（Ｓｉ
ｓＮｍ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）　、チタン酸アルミニ
ウム等のサーマルショックに強いセラミック材料で製作
する。副室壁体５の製作については、副室２及び複数個
の連絡孔７Ａ、７Ｂを備えた副室壁体５の形状に一体構
造で成形し、次いでそれを焼結して製作することができ
る。或いは、副室壁体４を上側室ブロックと下側室ブロ
ックに二分割して成形し焼結して製作し、次いで、化学
蒸着（ＣＶＤ〉等によって両者を接合して完成する。又
は、副室壁体４を左副室ブロックと右副室ブロックに二
分割して成形し焼結して製作し、次いで、化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）等によって両者を接合して完成する６或いは、副
室壁体４を、窒化珪素（ＳｉＪａ）、炭化珪素（ＳｉＣ
）　、チタン酸アルミニウム等のセラミックウィスカー
材で本体を製作し、該本体の燃焼ガスに晒される面を窒
化珪素（５１３Ｌ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）等のモノリ
スセラミック材の薄膜を配置した構造に構成することも
できる。

次に、この発明による副室式ディーゼルエンジンの別の
実施例を、第４図及び第５図を参照して説明する。この
実施例による副室式ディーゼルエンジンは、上記実施例
のものに比較して、副室壁体に連絡孔を３個形成すると
共に、燃料噴射ノズルを２個設けたものであり、他の構
成については全く同一の構成であるので、同一の部品に
は同一の符号を付すことにする。

この副室式ディーゼルエンジンにおいて、副室２の中央
面領域部に副室壁体５の内壁面に傾斜方向（図では接線
方向）に伸び且つ主室１と連通ずる連絡孔７Ｂを形成す
ると共に、該連絡孔７Ｂの両側に隔置状態に連絡孔７Ｂ
とは逆方向の傾斜方向（図では接線方向）に副室２の内
壁面に連絡孔７Ａ、７Ｃを形成している。しかも、主室
１から連絡孔７Ａを通して副室２に流入する空気によっ
て副室２内に形成されるスワールＡと主室１から連絡孔
７Ｂを透して副室２に流入する空気によって副室２内に
形成されるスワールＢとの境界面領域に、燃料噴射ノズ
ル４の多噴孔６を開口するように燃料噴射ノズル４を配
置する。また、主室１から連絡孔７Ｂを通じて副室２に
流入する空気によって副室２内に形成されるスワールＢ
と主室１から連絡孔７Ｃを通して副室２に流入する空気
によって副室２内に形成されるスワールＣとの境界面領
域に、燃料噴射ノズル４の多噴孔６を開口するように燃
料噴射ノズル４を配置する。

この実施例の副室式ディーゼルエンジンの作用は、上記
実施例のものと逆方向に流れるスワールが多くなり、混
合がより的確に且つ迅速に行われるという以外は同様の
作用を行うものであり、ここではその説明を省略する。

この発明による副室式ディーゼルエンジンについては、
副室壁体に形成する連絡孔の数、孔径、形状等は、エン
ジンの大きさ、主室、副室の大きさ、形状等に応じて、
空気と燃料との混合が最適状態に行われるように決定す
ればよいものである。

〔発明の効果〕

この発明による副室式ディーゼルエンジンは、以上のよ
うに構成されているので、次のような効果を有する。即
ち、この副室式ディーゼルエンジンは、主室に連通ずる
副室を構成する副室壁体、前記副室内に互いに逆方向の
スワールを形成させるため前記副室壁体の内壁面に対し
て傾斜逆方向にそれぞれ隔置状態に形成した複数個の連
絡孔、及び前記副室内に逆方向に形成される前記スヮー
ルの境界面領域の中心に開口し且つ前記スワールの境界
面領域の半径方向外向きに拡散状態に燃料を噴射する多
噴孔を備えた燃料噴射ノズルを有するので、逆方向即ち
隔置状態の対向方向に流れる各スワールの境界面領域に
おける相対速度の差によって強い乱れを発生させること
ができ、該強い乱れによって燃料噴霧と空気との混合を
促進し、短期に良好な混合気を形成させ、前記副室内の
熱損失を低減させることができ、エンジン性能を向上さ
せることができる。

即ち、前記連絡孔を前記副室壁体にそれぞれ隔置状態に
且つ前記副室内に逆方向に傾斜させて形成することによ
って、主室から該各連絡孔を通じて前記副室内へ流入す
る空気は前記副室内に逆方向の各スワールを形成し、し
かも、各スワールの境界面には半径方向外向きに空間的
な拡がりが形成されている。そこで、前記各スワールの
境界面領域に開口した燃料噴射ノズルの多噴孔から該境
界面領域の中心部から半径方向外向きに燃料を周囲全域
にわたって複数の噴霧を行うことによって、該燃料噴霧
は対向方向に流れるスワールの境界面領域に発生する強
い乱れによって空気との混合が促進され、短期に良好な
混合気を形成し、しかも乱れが発生するが、スワール即
ち渦流の速度を低下させてサーマルピンチの発生を防止
することができる。

また、前記各連絡孔は前記副室壁体に複数個分離状態で
接線方向に形成されているので、前記副室でのスワール
の形成は促進され、連絡孔面積の拡大に伴うスワールの
低減をカバーできる。また、燃料噴射ノズルの噴孔をホ
ールタイプの多噴孔に形成することで境界面中心から半
径方向外向きに噴射される噴霧は全周にわたって均一に
且つ迅速に噴霧でき、混合気形成を促進して、スワール
形成力の低減に伴う混合気生成の低減をカバーすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による副室式ディーゼルエンジンの一
実施例を示す説明図、第２図は第１図の側方から見た状
態を示す説明図、第３図は第１図の上方から見た状態を
示す説明図、第４図はこの発明による副室式ディーゼル
エンジンの別の実施例を示す説明図、及び第５図は第４
図の上方から見た状態を示す説明図である。 １−−−−主室、２−−−−副室、３−−−一−−シリ
ンダヘッド、４−−−一燃料噴射ノズル、５−−−−副
室壁体、６多噴孔、７　Ａ、　　７　Ｂ、　　７　Ｃ−
−−−一連絡孔、Ａ。 Ｂ、Ｃ−−−スワール。 第　　１ 図 出願人　　いす＼自動車株式会社 代理人　　　弁理士　圧伸　−宗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主室に連通する副室を構成する副室壁体、前記副室内に
   互いに逆方向のスワールを形成させるため前記副室壁体
   の内壁面に対して傾斜逆方向にそれぞれ隔置状態に形成
   した複数個の連絡孔、及び前記副室内に逆方向に形成さ
   れる前記スワールの境界面領域の中心に開口し且つ前記
   スワールの境界面領域の半径方向外向きに拡散状態に燃
   料を噴射する多噴孔を備えた燃料噴射ノズルを有する副
   室式ディーゼルエンジン。