JPH0466718A - 副燃焼室式断熱エンジン - 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） 本発明は、副燃焼室及び主燃焼室の内、少なくとも副燃
焼室の内壁が断熱材にて形成され、外部に対して断熱さ
れている副燃焼室式断熱エンジンに関する。

（従来の技術） 従来のエンジンでは、シリンダ内にて燃料の燃焼により
発生した熱エネルギの内の大半が、機械エネルギに変換
されることな（、排気ガス及び冷却水によって外部へ排
出されている。

該排出されるエネルギの内、排気ガスと共に排出される
ものは、ターボチャージャ等により回収し再生すること
ができるが、冷却水によって排出されるものは、車内暖
房の熱源程度にしか利用されず、殆どの部分は大気中へ
と放熱され、回収されていない。

そこで、燃焼室内壁を断熱材にて形成し、燃焼室内部か
ら外部へ伝達される熱エネルギ量を抑制し、冷却水によ
り失われていた熱エネルギを排気ガスと共に排出し、タ
ーボチャージャ等により回収する熱エネルギ量を増加さ
せることにより、工ンジンの熱効率を向上させる断熱エ
ンジンの提案が多数されており、例えば特願昭６３−１
９５７１７号として既に出願されている。

（発明が解決しようとする課題） 燃焼室内壁を断熱材にて形成していない、従来のいわゆ
る冷却エンジンでは、燃料噴射ノズルから噴射された燃
料飛沫は液滴状態のまま燃焼室内の渦流中を移動し、燃
料は該移動中に液滴表面から徐々に蒸発するため、燃料
蒸気は渦流内に均一に分散し混合される。

ところが上記の、燃焼室内壁を断熱材にて形成した断熱
エンジンでは、燃焼室内部温度は冷却エンジンの燃焼室
内温度より数百度も高温となるため、燃料噴射ノズルか
ら噴射された燃料は直ちに蒸発し気体となり、燃焼室内
を貫通する力を失い燃焼室内部の渦流速に支配される回
転流と同一速度となり、従って燃料蒸気が充分に拡散せ
ず、部分的に高濃度の混合気が生成されることになる。

更に、該不完全混合状態の混合気が主燃焼室に噴出する
際には噴孔が絞りとなり上記理由により副燃焼室内での
燃焼が遅延し圧力上昇速度が低くなるため、副燃焼室か
ら主燃焼室への噴出速度が低速となり、主燃焼室内圧力
は急速に上昇することがなく、いわゆる等容燃焼の比率
が低下する。

従って、副燃焼室内温度は高温状態が継続され、主燃焼
室での燃焼期間が長くなる。

すると、エンジンの性能が低下するばかりでなく排気ガ
ス中に含有される有害物質の排出量も増加するという問
題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、断熱エン
ジンの燃焼室内での燃料蒸気と空気との混合を良好に行
ない、かつ副燃焼室を含め燃焼室全体の温度を低温度に
抑制することのできる副燃焼室式断熱エンジンを提供し
ようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、少なくとも副燃焼室の内壁が断熱材に
て形成されている副燃焼室式断熱エンジンにおいて、シ
リンダの中心軸と平行でかつ同一距離にある複数枚の平
面にて内周面が構成された副燃焼室と、該副燃焼室に設
けられ上記複数枚の平面の各々に対して所定角度傾斜し
て燃料を噴射衝突せしめる燃料噴射ノズルと、ピストン
のヘッド面中央部に設けられ該ピストンの上死点付近に
て上記副燃焼室と主燃焼室との連通口である噴孔の開口
部と嵌合して該噴孔の開口面積を狭窄する突起とを有す
ることを特徴とする副燃焼室式断熱エンジンを提供でき
る。

（作用） 本発明の副燃焼室式断熱エンジンでは、断熱材にて形成
されている副燃焼室の内壁に、噴霧された燃料の飛沫を
衝突拡散させる。そして、該衝突拡散が充分に行なわれ
るまで、ピストンヘッド部に設けられた突起にて噴孔を
閉鎖し、不完全混合状態の混合気が主燃焼室側へ噴出す
ることを防止する。更には、均一に混合された混合気が
主燃焼室へと噴出する際には、−気に噴孔を開放し絞り
抵抗なしに混合気を噴出させ、該混合気と主燃焼室内部
の空気との混合、すなわち二次混合を良好に行なうと共
に、副燃焼室内の圧力を急速に低下させ燃焼温度を抑制
する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。

第１図は、本発明によるエンジンの構造を示す断面図で
ある。

１はシリンダブロックであり、該シリンダブロック１の
内周面にはシリンダスリーブ１１が嵌合されている。

該シリンダブロック１の上部には、シリンダヘッド２が
配設されており、該シリンダヘッド２の主燃焼室側内壁
は断熱性を有するセラミック等により形成された断熱層
２１で被覆されている。

尚、該断熱層２１とシリンダブロック１との間に空隙層
を設けた断熱構造とすることにより断熱性を向上させる
ことが可能である。

また、主燃焼室と外部とを連通ずる吸気管路及び排気管
路には、各々吸気バルブ（図示せず）及び排気バルブ（
図示せず）が配されており、該吸気管路及び排気管路と
主燃焼室との間を開閉制御している。

該シリンダヘッド２には、更に上記断熱層２１と同様の
セラミック材等により形成された副燃焼室３が設けられ
ている。

尚、該副燃焼室３も上記断熱層２１と同様に断熱構造を
採用することが可能である。

そして、該副燃焼室３には該副燃焼室３内部に燃料を噴
射する燃料噴射ノズル３１が配設されている。尚、該燃
料噴射ノズル３１の先端部からの実線矢印は燃料の噴射
方向を示すものであり、該図より明らかなごとく、燃料
噴射ノズル３１から噴射される燃料は副燃焼室３の内壁
面に衝突するように設定されている。

また、該副燃焼室３には上記主燃焼室と連通ずる噴孔３
２が設けられており、上記シリンダスリーブ１１内を摺
動するピストン４のピストンヘッド部に設けられた突起
４１が、該ピストン４の上死点近傍位置にて、上記噴孔
３２内部に侵入し、該噴孔３２の開口部面積を狭窄する
。尚、鎖線矢印にて示す流れは、該狭窄された噴孔３２
から副燃焼室３へと流入する空気流を示している。

また、ピストンヘッド面上には更に該突起４１の突出部
に凹溝４２が周設されている。

次に、副燃焼室３の形状について説明する。

第２図は、■−■断面を示す断面図である。

該第２図に示すごとく、副燃焼室３の断面形状は矩形に
形成されており、燃料噴射ノズル３１から噴射される燃
料は、噴孔３２から副燃焼室３内へと流入した空気によ
る渦流の回転方向に所定角度傾斜して副燃焼室３内壁の
平面部分に衝突されるので、燃料の一部が該内壁面から
反射し副燃焼室３の中心部へと拡散させるので、該燃料
は内壁面近傍部分に停留することなく、副燃焼室３内部
全体に良好に拡散される。

次に、上記構成によるエンジンの作動について説明する
。

第３図は、上死点後の副燃焼室近傍部分の拡大断面図で
ある。

尚、本図（ａ）は上死点経過後約３０度位相角が進行し
た状態を示し、本図（ｂ）は、更に位相角が進行した膨
張行程途中状態を示している。

圧縮行程の進行に伴ないピストン４が上昇すると、主燃
焼室内部の空気は噴孔３２を介して副燃焼室３へと流入
し副燃焼室３内部にて渦流を形成する。

ピストン４が更に上昇すると、上死点近傍位置にて突起
４１が噴孔３２に侵入し、該噴孔３２の開口面積を狭窄
し閉鎖する。

該状態にて、燃料噴射ノズル３１から副燃焼室３の内壁
面へと燃料が噴射される。該内壁面に衝突した燃料の一
部は該内壁面に沿って反射し、他の燃料は内壁面に付着
し、高温状態にある該内壁面からの熱伝達を受け、共に
直ちに気化し副燃焼室３内にて燃料蒸気と空気との混合
が完了する。

該混合された混合気の一部は燃焼を開始するため、副燃
焼室３内部の圧力は上昇する。

すると、混合気の残りの部分は噴孔３２と突起４１との
隙間から徐々に主燃焼室へと噴出する。

該噴出する混合気は凹溝４２内に残留している空気によ
り燃焼し、主燃焼室各部へと拡散する。

ピストン４が更に下降し、本図（ｂ）に示すように突起
４１が噴孔３２から離脱すると、副燃焼室３内の未燃焼
混合気は該噴孔３２から主燃焼室へと一気に噴出する。

よって、燃焼の大部分は、初期においては濃混合気であ
る副燃焼室内で、そして後期においては主燃焼窓内にて
行われると共に、ピストン４は下降中であるため主燃焼
室の内部圧力は余り上昇せず、よって燃焼温度を低温度
に抑制することができる。

以上から明らかなように、本発明によるエンジンでは、
副燃焼室３という小空間にて燃料の衝突拡散により混合
気を生成し、壁面から伝達される熱エネルギにより混合
気の気化を促進し、また混合気が副燃焼室内に滞留する
時間を延長することにより均一な混合気を生成し、更に
主燃焼室への噴出を一気に行うことにより燃焼温度を抑
制し、かつ燃焼の大部分を主燃焼室内にて行うという特
徴を有している。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発
明の精神から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は
容易に構成できるから、本発明は前記特許請求の範囲に
おいて記載した限定以外、特定の実施例に制約されるも
のではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、断熱材にて形成
されている副燃焼室の内壁に、噴霧された燃料の飛沫を
衝突拡散させ、該衝突拡散が充分に行なわれるまで、ピ
ストンヘッド部に設けられた突起にて噴孔を閉鎖するの
で、副燃焼室内での混合を促進し不完全混合状態の混合
気が主燃焼室側へ噴出することを防止する。

更には、均一に混合された混合気が主燃焼室へと噴出す
る際には、−気に噴孔を開放し絞り抵抗なしに混合気を
噴出させ、該混合気と主燃焼室内部の空気との混合、す
なわち二次混合を良好に行なうと共に、副燃焼室内の圧
力を急速に低下させ燃焼温度を抑制するので、窒素酸化
物等の生成を減少させることができる。

更には、燃焼の大部分が主燃焼室内にて行われるため、
エンジン効率等の性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるエンジンの構造を示す断面図、
第２図は、■−■断面を示す断面図、第３図は、上死点
後の副燃焼室近傍部分の拡大断面図である。 １・・・シリンダブロック、２・・・シリンダヘッド、
３・・・副燃焼室、４・・・ピストン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも副燃焼室の内壁が断熱材にて形成され
   ている副燃焼室式断熱エンジンにおいて、シリンダの中
   心軸と平行でかつ同一距離にある複数枚の平面にて内周
   面が構成された副燃焼室と、該副燃焼室に設けられ上記
   複数枚の平面の各々に対して所定角度傾斜して燃料を噴
   射衝突せしめる燃料噴射ノズルと、ピストンのヘッド面
   中央部に設けられ該ピストンの上死点付近にて上記副燃
   焼室と主燃焼室との連通口である噴孔の開口部と嵌合し
   て該噴孔の開口面積を狭窄する突起とを有することを特
   徴とする副燃焼室式断熱エンジン。
2. （２）上記ピストンのヘッド面上の突起突出部周囲に設
   けられた凹溝を有することを特徴とする請求項（１）記
   載の副燃焼室式断熱エンジン。