JPH0519525U - 渦流式燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、副室内での空気利用率を向上させ
て空気と燃料の混合を促進し、ＮＯ_X とスモークの発生
を抑制すると共に、燃費を向上させる渦流式燃焼室を提
供することである。 【構成】 この渦流式燃焼室は、主室から連通孔６を通
じて多角筒の副室２に導入される吸入空気にコーナ部１
７の乱れで強力な渦流を発生させ、副室２内を渦流中心
軸方向Ｏ−Ｏに外向きに突出する傾斜衝突面１０によっ
て補助燃焼室５を形成する。燃料噴射ノズル８の多噴孔
１６から傾斜衝突面１０に向けて液状燃料を激しく衝突
させ、補助燃焼室５内の空気を多量に巻き込み、連通孔
６から副室２内へ流入する空気流で発生する渦流に対し
て該渦流に補助燃焼室５の空気を取り込み、副室２内の
空気利用率を向上させ、燃料と空気との混合を促進す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、シリンダ側に主室を且つシリンダヘッドに副室を備えた渦流式燃 焼室に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、渦流式燃焼室については、シリンダヘッドに球状の副室が形成され、該 副室は接線方向に伸びる連絡孔を通じてシリンダ側の主室に連通している。主室 から連絡孔を通じて副室に導入される吸入空気は、副室に対して接線方向に形成 された連絡孔を通じて主室から連絡孔を通じて副室に導入され、副室内に強力な スワール流を形成する。副室内に噴射された燃料は強力なスワールと該スワール 流によって生じる２次元流れにより混合攪拌が行われる。火炎への空気導入も同 様のプロセスである。

【０００３】 また、渦室式ディーゼル機関としては、例えば、特開昭５７−１８６０１６号 公報に開示されたものがある。該渦室式ディーゼル機関は、副燃焼室に燃料を円 錐状又は異なる方向に多数条に噴出するようにした燃料噴射ノズルを、副燃焼室 内における渦流の旋回軸線上又はこれに近接した部位に、前記燃料噴射ノズルの 軸線が前記旋回軸線と平行又は略平行になるように配設したものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、断熱エンジンの高温燃焼において、従来の燃焼室、噴射系では 高温雰囲気に見合った高速の混合気生成を得ることができず、ＮＯ_X の増大、ス モーク増大、燃費の悪化等の問題がある。副燃焼室による高当量比での一次燃焼 はＮＯ_X の低下、主室での二次燃焼によるスモーク低下、燃費の回復に効果のあ ることが確認されているが、断熱エンジンでは高温雰囲気であるために一次燃焼 は未だ不十分である。

【０００５】 また、渦流式燃焼室では、副室内に噴射された燃料は強力なスワールと該スワ ール流によって生じる二次元流れにより混合攪拌が行われるが、このプロセスで は燃焼の途中から旋回流中心に火炎による高温部が残り、空気混合能力が低下し 、その状態で連絡孔を通じて主室へ火炎が吹き出されると、ハイドロカーボンＨ Ｃの発生の原因になる。特に、断熱構造の副室では、燃焼スピードを上昇させ、 燃焼を早期に完結することが必要である。その理由は、断熱エンジンのように圧 縮端温度が、冷却エンジンと比較して約２５０℃以上も高い場合には、圧縮空気 は粘性が増大し、該空気中に噴射された燃料は空気との混合が理想的に行われな い。一方、燃料は、高温雰囲気では着火遅れが短く、冷却エンジンと比較して５ 分の１位の時間で着火する。従って、瞬間的に燃料と空気とを混合させなければ ならないが、副室での空気の取り込みが低下して上記現象が顕著に現れる。

【０００６】 そこで、この考案の目的は、上記の課題を解決することであり、主室と副室と の容積比を従来のものと比較して変更せずに副室の渦流の中心軸方向に突出する 補助燃焼室を傾斜衝突面で形成し、該傾斜衝突面に燃料噴射ノズルから噴射した 噴射燃料を衝突させ、その衝突燃料を拡散させて前記副室内に形成されているス ワール流に乗せて且つ前記補助燃焼室内に存在する空気を巻き込んで空気利用率 を向上させ、空気と燃料の混合を促進して燃焼スピードを上昇させ、エンジン出 力を向上させると共に、スモーク、ＮＯ_X の発生を抑制することができる渦流式 燃焼室を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案は、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 、この考案は、シリンダ側に形成した主室、シリンダヘッドに形成した角筒形の 副室、該副室の角筒面に開口して前記副室と前記主室とを連通する連通孔、前記 副室内の渦流中心軸方向に外向きに突出して前記副室に補助燃焼室を形成する傾 斜衝突面、及び該傾斜衝突面に対向した多噴孔を備え且つ該多噴孔から前記傾斜 衝突面に噴射燃料を衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡散させる燃料噴射ノ ズルを有することを特徴とする渦流式燃焼室に関する。

【０００８】

【作用】

この考案による渦流式燃焼室は、上記のように構成されており、次のように作 用する。即ち、この渦流式燃焼室は、副室内を渦流中心軸方向に外向きに拡がる 傾斜衝突面により突出させて補助燃焼室を形成し、該渦流中心軸方向に拡がる空 間を他の方向に拡がる空間より広く形成し且つ燃料噴射ノズルからの噴射燃料を 傾斜衝突面に衝突させたので、前記燃料噴射ノズルからの噴射燃料は前記傾斜衝 突面に衝突した後、前記傾斜衝突面に沿って前記副室への拡散し、前記副室内に 形成されているスワール流に乗り、空気と燃料とが攪拌され、空気と燃料との混 合が促進される。しかも、前記副室の前記補助燃焼室に存在する空気が渦流中心 の火炎に取り込まれ、火炎による高温部が残ることなく、空気と燃料との攪拌混 合が促進しされ、燃焼スピードが促進される。従って、前記副室内で空気と燃料 との混合を瞬時に行って燃焼スピードを上昇させ、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X の発 生を抑制することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案による渦流式燃焼室の実施例を説明する。図 １はこの考案による渦流式燃焼室の一実施例を示す断面図、及び図２は図１の線 Ａ−Ａにおける断面図である。

【００１０】 この渦流式燃焼室は、シリンダブロック１３に固定された吸排気ポート（図示 せず）を備えたシリンダヘッド７、シリンダヘッド７に形成した穴部９に配置し た副室壁体３、該副室壁体３内に形成した副室２、副室２に燃料を噴射する燃料 噴射ノズル８、及び副燃焼室２をシリンダ側の主室１に連通する連通孔６を有し ている。主室１から連通孔６を通じて副室２へ導入される吸入空気に副室２内で スワールを良好に発生させるため、連通孔６は副室２の内壁面に対して傾斜して 形成されている。副室２は、断熱構造に構成してもよく、その場合には、副室２ の断熱構造は、図示していないが、例えば、シリンダヘッド７に形成された穴部 ９に配置された耐熱性、断熱性等に富んだ窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸ア ルミニウム等のセラミックス、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に固定金具、焼き嵌め、圧入等で固定され ている。副室壁体３の外側面とシリンダヘッド７の穴部９の内面との間には、場 合によっては、断熱空気層を形成し、副室２の断熱度を向上させることができる 。また、副室壁体３の下面はシリンダヘッド下面１１の一部を構成し、該副室壁 体３の下面には副室２をシリンダ１２側に形成した主室１に連通する連通孔６が 開口している。主室１は、例えば、シリンダブロック１３の孔部に嵌合したシリ ンダライナで形成されるシリンダ１２とシリンダヘッド下面１１とで形成される 空間、ピストンヘッド１４に形成された凹部１５で構成されるものである。

【００１１】 この考案による渦流式燃焼室は、特に、副室２の形状に特徴を有するものであ る。即ち、この副室２は、シリンダヘッド７に形成した角筒形の燃焼室４（図１ では四角筒）と該燃焼室４の両側に形成した補助燃焼室５から成り、主室１と副 室２との容積比は従来のものと同一の容積比（例えば、１７．８）で形成されて いる。副室２の構造は、ここではスワール流に沿って断面四角形の四角筒の燃焼 室４と、副室２内を渦流中心軸方向Ｏ−Ｏ（特に、図２参照）に外向きに両側に 拡がる傾斜衝突面１０によって形成され、角筒形の燃焼室４から外向きに突出し て形成される補助燃焼室５とを有し、該渦流中心軸方向Ｏ−Ｏに拡がる空間を他 の方向に拡がる空間に比較して広く形成している。言い換えれば、副室２の形状 は、副室２の総和の空間即ち副室２の容積比は変えずに、副室２内の渦流中心軸 方向Ｏ−Ｏに拡がる空間と他の方向に拡がる空間との配分を変更したものである 。また、連通孔６は、四角筒の燃焼室４を形成する角筒面に渦流中心軸方向に伸 びて開口されており、副室２と主室１とを連通している。

【００１２】 この渦流式燃焼室において、燃料噴射ノズル８は、高圧噴射の多噴孔１６に形 成され、該多噴孔１６を補助燃焼室５の傾斜衝突面１０に対向して開口するよう に、傾斜衝突面１０の端部に配置されている。従って、燃料噴射ノズル８の多噴 孔１６から噴射される噴射燃料は、高温雰囲気状態であっても傾斜衝突面１０が 多噴孔１６の近傍に対向しているので、燃料液の状態を維持したまま噴出エネル ギーが減衰することなく、傾斜衝突面１０に激しく衝突し、周囲の空気を多量に 巻き込み、該衝突燃料は傾斜衝突面１０に沿って副室２内に拡散される。次いで 、副室２内で発生している強力なスワール流に乗り、空気と混合されて副室２内 に均一な混合気を形成するようになる。即ち、副室２内に燃料噴射ノズル８の多 噴孔１６から噴射された燃料は、連通孔６から副室２に流入した強烈なスワール 流Ｓに乗って旋回し、コーナ部１７に発生する乱れによって混合の均一化が促進 され、補助燃焼室５の中心部の空気を取り込んで、混合燃焼初期には渦流中心軸 方向Ｏ−Ｏの補助燃焼室５に蓄えられた空気を渦流に対して直交する二次元流れ によって多量に取り込み、副室２内での空気利用率が向上し、副室２内での空気 と燃料との混合を促進することができる。

【００１３】 従って、この渦流式燃焼室において、主室１から連通孔６を通じて副室２内に 導入された吸入空気は、図１に示すように、副室２自体の形状が角筒形であるの で、コーナ部で乱れを発生して副室２内に強力なスワール流Ｓ即ち渦流Ｓを形成 する。そして、副室２には、渦流中心軸方向Ｏ−Ｏに外向きに両側に拡がる傾斜 衝突面１０によって補助燃焼室５が形成されているので、渦流中心には補助燃焼 室５に存在する空気量だけ増加した状態になっている。そこで、副室２内に渦流 が発生し、該渦流中に燃料噴射ノズル８から燃料が噴射されると、該燃料は傾斜 衝突面１０で衝突して拡散し、衝突燃料は拡散して渦流ゾーンに乗って空気との 混合が促進されて燃焼する。そして、渦流中心軸方向Ｏ−Ｏの両側に拡がる補助 燃焼室５に十分な空気が在るので、該空気が中心部へ二次元流れを形成して中心 部の火炎へ十分に取り込まれるようになり、燃料と空気との混合が促進され、高 温雰囲気での着火遅れが短い状態に最適の燃料と空気とが短時間に混合して、空 気と燃料の初期混合燃焼では当量比を抑えた濃混合気で行われ、一次燃焼の燃焼 スピードが速くなる。従って、燃焼期間が短縮され、断熱エンジンに好ましい燃 焼室を提供でき、ＨＣ、ＮＯ_X 等の発生を抑制し、燃費を向上させると共にエン ジン性能を向上できる。

【００１４】

【考案の効果】 この考案による渦流式燃焼室は、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、この渦流式燃焼室は、シリンダ側に形成した主室とシリンダ ヘッドに形成した角筒形の副室とを角筒面に開口した連通孔で連通し、前記副室 内の渦流中心軸方向に外向きに突出して傾斜衝突面で前記副室に補助燃焼室を形 成し、及び燃料噴射ノズルの多噴孔から噴射した燃料を傾斜衝突面に衝突させて 該衝突燃料を前記副室内に拡散させるので、前記多噴孔からの噴射燃料は前記副 室内が高温雰囲気であっても、前記傾斜衝突面と前記多噴孔とは近接しており、 噴射燃料が液状を維持した状態で噴射エネルギーが減衰することなく、前記傾斜 衝突面に激しく衝突し、前記補助燃焼室内の空気を多量に巻き込む。

【００１５】 次いで、前記補助燃焼室から角筒形の副室に拡散した混合気は、前記副室内の 強烈な旋回流により空気と混合されると共に、前記副室内で均一な混合気となる 。前記副室内の旋回混合気は、前記副室内が角筒形であるので、そのコーナ部で 強力な乱れを発生し、空気と燃料とが良好に混合され、混合気の均一化が促進さ れる。

【００１６】 このようにして、この渦流式燃焼室は、前記副室での空気利用率が向上し、ま た、前記副室内での局所的な高温領域、局所的底当量比領域が均一化されること によって、前記副室内での燃焼即ち一次燃焼が促進され、ＨＣ、ＮＯ_X 及びスモ ークの発生が低減される。また、前記副室内での圧力上昇率が高まり、前記主室 への噴出エネルギーが増大し、前記主室での二次燃焼が促進され、燃費を改善で きる。

【００１７】 即ち、前記副室での燃焼スピードを促進し、次いで前記副室から前記連通孔を 通じて前記主室へ燃焼ガス即ち火炎を吹き出すので、吹き出し速度を低下させる ことなく前記主室に火炎は吹き出されるので、前記主室内で火炎と空気との混合 を促進して火炎と空気との混合を短期に達成して燃焼スピードを上昇させ、しか も火炎が前記主室内の新気と混合することで燃焼温度は低下し、良好に二次燃焼 させることができ、燃費を改善し、エンジン出力を向上させると共に、スモーク 、ＨＣ、ＮＯ_X の発生を抑制することができる。

【００１８】 また、渦流中心軸方向に拡がる空間が拡大され、副室内に燃料噴射ノズルから 噴射された燃料は強烈なスワールで旋回して中心部の空気が取り込まれ、特に、 混合燃焼初期に渦流中心軸方向の突出空間に蓄えられた空気は、前記副室内に主 渦流に交差する方向に取り巻く二次渦流を発生させ、渦流に対して直交する二次 元流れによって多量に取り込んで前記副室内での空気利用率を向上させ、副室内 での空気と燃料との混合を促進して燃焼スピードをアップすることができる。従 って、高温雰囲気での着火遅れが短い状態に合わせて多量の空気を取り込んで燃 料と空気との混合を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による渦流式燃焼室の一実施例を示す
断面図である。

【図２】図１の線Ａ−Ａにおける渦流式燃焼室の断面図
である。

【符号の説明】

１ 主室 ２ 副室 ３ 副室壁体 ４ 多角筒の燃焼室 ５ 補助燃焼室 ６ 連通孔 ７ シリンダヘッド ８ 燃料噴射ノズル １０ 傾斜衝突面 １２ シリンダ １６ 多噴孔

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ側に形成した主室、シリンダヘ
   ッドに形成した角筒形の副室、該副室の角筒面に開口し
   て前記副室と前記主室とを連通する連通孔、前記副室内
   の渦流中心軸方向に外向きに突出して前記副室に補助燃
   焼室を形成する傾斜衝突面、及び該傾斜衝突面に対向し
   た多噴孔を備え且つ該多噴孔から前記傾斜衝突面に噴射
   燃料を衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡散させる
   燃料噴射ノズルを有することを特徴とする渦流式燃焼
   室。