JPH0466719A - 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
されることなく、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る回収熱エネルギ量を増加させる
ことにより、エ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６３−１９５
７１７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貫通し、燃
料は該移動中に液滴表面から徐々に蒸発するため、該貫
通により半径方向の広範囲に到達し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、燃料噴射ノズルの
噴射口付近に停留し、燃焼室内部の渦流速と同一速度と
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るため、濃混合気の燃焼により副
燃焼室での燃焼が抑制され、かつ圧力低下速度が低速と
なり、副燃焼室内圧力は長時間高圧力状態を保つことに
なる。従って、主燃焼室内の圧力上昇速度も抑制される
。

すると、エンジンの性能が低下するばかりでなく燃焼効
率が悪化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、ピ
ストンの摺動方向と平行に設けられた噴孔を有する副燃
焼室と、ピストンのヘッド面に垂直に設けられ該ピスト
ンの上死点近傍にて上記噴孔内に進入し該噴孔の開口面
積を狭窄する突起と、該突起の上端面に設けられた円筒
状の燃料拡散部と、上記副燃焼室に噴孔と対向して設け
られ上記燃料拡散部の上端面に噴射燃料を衝突させ燃料
の拡散を行う燃料噴射ノズル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、ピストンと連動
する燃料拡散部の上端面に噴射燃料を衝突させるので、
該噴射された燃料は膜状に分散する。そして、突起によ
り狭窄された噴孔から副燃焼室内へと流入するスキッシ
ュ流を上記膜状に分散されている燃料に吹きつけ、燃料
の分散を促進させる。

該燃料の分散中は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。

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。

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。

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の上死点近傍位雪にて、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
。

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。

そして該突起４１の上端面には該突起４１より小径であ
る燃料拡散部４３が接続されている。

尚、本図はピストン４が上死点位置にある場合について
示している。

次に、上記燃料拡散部４３の形状について第２図を用い
て説明する。

第２図は、燃料拡散部周辺の拡大斜視図である。

本図に示すように、上記燃料拡散部４３の上端面には円
錐状の凹部４４が設けられている。

上記燃料噴射ノズル３１から噴射された燃料は該凹部４
４の中心部に衝突するので、該噴射された燃料は凹部４
４の円錐面に沿って全方向に分散し膜状となる。

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、上死点前の燃料噴射開始直後における副燃焼
室近傍部分の拡大断面図である。

圧縮行程終盤にて、上記燃料噴射ノズル３１から上記凹
部４４に対してＡにて示す燃料が噴射されると、該燃料
の流れ方向は上記凹部４４の円錐面によって横方向に変
更される。また、該燃料噴射開始時においては上記ピス
トン３は、未だ上昇途中にあり、よって、副燃焼室３へ
は噴孔３２を介してスキッシュ流Ｂが流入し続けている
。このとき噴孔３２は突起４１によって開口面積が狭窄
されているので、該スキッシュ流Ｂは高速流となり、上
記膜状に拡散している燃料に対してほぼ垂直に吹きつけ
ることになる。

よって、気化した燃料は該スキッシュ流Ｂと共に副燃料
室３内部にて拡散し混合される。

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、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、燃焼の大部分は主燃焼室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及び副燃焼室
３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、断熱エンジンのように圧縮行
程終期における空気温度が高温状態にて燃料を噴射した
場合には混合気の生成が極めて悪いので、本発明による
エンジンでは、膜状に拡散した燃料に強制的に生成した
スキッシュ流を吹きつけて混合気を生成し、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、濃混合気による燃焼から低温燃焼に
移行させ、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、ピストンと連動
する燃料拡散部の上端面に噴射燃料を衝突させ、燃料を
膜状に分散させ、突起により狭窄された噴孔から副燃焼
室内へと流入するスキッシュ流を上記膜状に分散されて
いる燃料に吹きつけ、燃料の分散を促進させるので、均
一な混合気を得ることができる。

また、該燃料の分散中は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
ると共に、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、燃料拡散部周辺の拡大斜視図、第３図は、上
死点前の燃料噴射開始直後における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、３１・・・燃料
噴射ノズル、３２・・・噴孔、４１・・・突起、４３・
・・燃料拡散部。

Claims (4)

【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、ピストンの摺
   動方向と平行に設けられた噴孔を有する副燃焼室と、ピ
   ストンのヘッド面に垂直に設けられ該ピストンの上死点
   近傍にて上記噴孔内に進入し該噴孔の開口面積を狭窄す
   る突起と、該突起の上端面に設けられた円筒状の燃料拡
   散部と、上記副燃焼室に噴孔と対向して設けられ上記燃
   料拡散部の上端面に噴射燃料を衝突させ燃料の拡散を行
   う燃料噴射ノズル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）上記燃料拡散部の上端面には円錐状の凹部が設け
   られてい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。
3. （３）上記燃料拡散部の径は上記突起の径より小径であ
   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。
4. （４）上記ピストンのヘッド面上の突起突出部周囲には
   凹溝が設けられてい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。