JPH05240048A

JPH05240048A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH05240048A
Application number: JP7814292A
Authority: JP
Inventors: Kohei Yamaishi; 興平山石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 1993-09-17
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3120549B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、副室での燃焼を良好にし、主室で
の燃焼期間を短縮してスモーク等の発生を低減する副室
式エンジンを提供する。【構成】本発明は、シリンダ中央部のシリンダヘッド
下面２８からシリンダ２６側へ突出する副室ブロック３
の周側面３０に、複数個の連絡孔５を形成する。連絡孔
５に対応してピストンヘッド部２７に、周辺へと延びる
主室１に構成する凹溝６を形成し、副室２からの火炎を
主室１全域に拡散させて混合を促進して燃焼期間を短縮
する。連絡孔５に対応して副室ブロック３に曲面２１で
突出する凸部２０を形成すると共に、連絡孔５をスワー
ル方向に傾斜して副室壁面３２の接線方向に形成し、凹
溝６を連絡孔５の形成方向に傾斜させ、副室２内にスパ
イラル状のスワールを形成し、副室２での混合を促進す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドに配
置した副室ブロックに構成した副室に燃料を噴射する燃
料噴射ノズルを有する副室式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの副室につい
て、実開昭５４−５３１０４号公報に開示されたものが
ある。該ディーゼルエンジンは、シリンダヘッドからシ
リンダ内に突設され、同シリンダ内を２室に仕切るとと
もに、ピストン頂部に形成されたキャビティ内に嵌脱自
在な囲壁、上記２室のうち上記囲壁内に形成された一方
の室に臨ませた燃料噴射ノズル、上記２室を連通すると
ともに機関の圧縮行程中に上記一方の室内にスワールを
発生させるよう上記囲壁に穿設された連通孔を有するも
のである。

【０００３】また、副室式内燃機関の燃焼室について、
実開平３−６０２２号公報に開示されたものがある。該
副室式内燃機関の燃焼室は、主燃焼室と副燃焼室を連通
する複数個の副室噴口が設置されているものであり、前
記各副室噴口のセンタが副室口金内にこの口金と同軸状
に設けられた仮想円筒に接するように前記噴口が穿設さ
れたものである。

【０００４】また、実開平１−１６６７１９号公報に開
示された副室式内燃機関の燃焼室は、副室口金に複数個
の主燃焼室と副燃焼室とを連通する副室噴口を設けると
ともに、前記各副室噴口の主燃焼室側開口部通路面積を
ｆ₁とし、副燃焼室側開口通路面積をｆ₂としたとき、
ｆ₁＜ｆ₂となるように形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、副室式エン
ジンとしては、シリンダヘッドに配置した副室を構成す
る副室ブロック、シリンダ側に形成した主室、該主室と
前記副室とを連通する前記副室ブロックに形成した連絡
孔及び前記副室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有す
るものが開示されている。しかしながら、連絡孔が垂直
方向に形成されているものでは、副室から主室への火炎
の噴出エネルギーが噴出の方向を垂直方向から水平方向
に変化させる段階で、噴出速度は大きく減衰し、主室で
の二次燃焼に必要な空気の取り込みが十分に行われない
ため、スモーク、パティキュレート等の発生を抑えるこ
とができないという問題を有している。

【０００６】前掲実開昭５４−５３１０４号公報に開示
されたディーゼルエンジンは、圧縮行程中に副室内にス
ワールを発生させるものであり、副室の配置は任意の位
置であり、副室から主室への噴出時に主室にスワールが
生じたとしても、シリンダ外周まで火炎が拡がることは
期待できないものであり、主室にスムースなスワールが
生成できないと考えられる。

【０００７】また、前掲実開平３−６０２２号公報に開
示された副室式内燃機関の燃焼室は、副室位置には関係
なく、ピストン頂面に形成されたキャビティ内に渦流状
の火炎を噴出させるものであり、主室全体即ちシリンダ
全体に火炎を拡げるという点では不十分である。また、
ピストン頂面のキャビティ内での燃焼は、旋回流で促進
されると考えられるが、その後、燃焼状態の主室全体へ
の拡がりは遅くなり、スモーク、パティキュレート等の
発生原因になると考えられる。

【０００８】また、前掲実開平１−１６６７１９号公報
に開示された副室式内燃機関の燃焼室も、副室噴口はテ
ーパ状に形成され、噴出速度を上昇させているが、上記
公報の燃焼室と同様に、主室全体即ちシリンダ全体に火
炎を拡げるという点では不十分であり、燃焼状態の主室
全体への拡がりは遅くなり、スモーク、パティキュレー
ト等の発生原因になると考えられる。

【０００９】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、シリンダヘッドに形成した副室か
らシリンダ側の主室へ連絡孔を通じて火炎を噴出させて
該火炎を主室全体に拡散させ、火炎を旋回させながら早
期にシリンダ外周まで拡がらせ、燃焼期間を短縮してス
モーク、パティキュレート等の発生を抑制すると共に、
圧縮行程中に主室から副室へ流入する吸入空気に縦方向
即ちシリンダ軸方向の回転を生じさせ、スパイラル状の
スワールを発生させて副室での燃料と空気との混合を促
進して燃焼を良好にする副室式エンジンを提供すること
である。

【００１０】

【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、シリンダヘッドに配置した副室を構成する
副室ブロック、シリンダ側に形成した主室、該主室と前
記副室とを連通する前記副室ブロックに形成した連絡孔
及び前記副室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有する
副室式エンジンにおいて、前記副室ブロックをシリンダ
中央部に配置し、シリンダヘッド下面から前記シリンダ
側へ突出した前記副室ブロックの周側面に複数個の前記
連絡孔を形成し、前記主室を前記連絡孔に対応してピス
トンヘッド部に形成した周辺へと延びる凹溝で構成した
ことを特徴とする副室式エンジンに関する。

【００１１】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔に対応する前記副室ブロックの中央底部に曲面で
突出する凸部を形成したものである。

【００１２】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔をスワール方向に傾斜して副室壁面の接線方向に
形成し、且つ前記凹溝を前記連絡孔の形成方向に傾斜さ
せたものである。

【００１３】また、この副室式エンジンにおいて、前記
副室ブロックに形成した前記連絡孔の断面形状を半径方
向外向きに絞り形状に形成したものである。

【００１４】

【作用】この発明による副室式エンジンは、上記のよう
に構成されており、次のように作用する。即ち、この副
室式エンジンは、副室ブロックをシリンダ中央部に配置
させると共に、シリンダヘッド下面から前記シリンダ側
へ突出した前記副室ブロックの周側面に複数個の連絡孔
を形成し、主室を前記連絡孔に対応してピストンヘッド
部に形成した周辺へと延びる凹溝で構成したので、前記
副室で着火燃焼した火炎は前記副室から連絡孔を通じて
前記主室の前記凹溝に沿って吹き出され、シリンダ外周
部位まで火炎は到達する。従って、火炎を主室全体に拡
散させ、火炎を旋回させながら早期にシリンダ全域に拡
散し、燃焼期間を短縮してスモーク、パティキュレート
等の発生を抑制することができる。

【００１５】また、連絡孔に対応する副室ブロックの中
央底部に曲面で突出する凸部を形成したので、前記主室
から前記副室へ導入された吸入空気は、シリンダ軸心方
向の縦の流れ即ちスパイラル状の旋回流のスワールが発
生し、燃料と空気との混合が促進され、前記副室での燃
焼が良好になり、ＮＯ_X、スモーク等の発生を抑制でき
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明による
副室式エンジンの一実施例を示す断面図、図２は図１の
副室式エンジンに設けた副室ブロックを示す斜視図、図
３は図１の線Ａ−Ａにおけるピストンと副室ブロックを
示す断面図、図４は図１の副室式エンジンのピストンを
示す斜視図、図５は副室ブロックに形成した連絡孔と凹
溝との関係の一例を示す説明図、及び図６は副室ブロッ
クに形成した連絡孔と凹溝との関係の別の例を示す説明
図である。

【００１７】この副室式エンジンは、シリンダブロック
８、該シリンダブロック８に固定されたシリンダヘッド
７、該シリンダヘッド７に形成した吸気ポート１５と排
気ポート１６、シリンダヘッド７に形成した穴部２３に
配置した副室２を構成する副室ブロック３、シリンダブ
ロック８に形成した孔部２５に嵌合したシリンダライナ
１４、該シリンダライナ１４で構成されるシリンダ２６
内を往復運動するピストン９、副室２内に多噴孔１２を
配置した燃料噴射ノズル４、ピストン９のピストンヘッ
ド部２７に形成したキャビティ１０、及びシリンダ２６
側とピストンヘッド部２７に形成した凹溝６で構成され
る主室１を有している。また、吸気ポート１５には吸気
弁１７が配置され、排気ポート１６には排気弁１８が配
置されている。副室ブロック３には、主室１と副室２と
を連通する連絡孔５が多数形成されている。

【００１８】シリンダヘッド７には穴部２３が形成さ
れ、該穴部２３にはライナ上部とヘッド下面部とを一体
構造に形成したヘッドライナ１３が嵌合してシリンダヘ
ッド７の一部を構成している。副室ブロック３は、ヘッ
ドライナ１３の中央部に形成された孔部２４とシリンダ
ヘッド７に形成した穴部２３とに跨がって嵌合されてい
る。燃料噴射ノズル４は、副室ブロック３の上部中央に
形成された孔部１１を貫通し、噴孔１２を副室２に開口
するように、シリンダヘッド７に取り付けられている。

【００１９】副室ブロック３は、図では、単一体の構造
に示されているが、単一体の構造に限らず、また、副室
ブロック３を構成する材料としては、耐熱性に富み且つ
断熱性を有する窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸アル
ミニウム等のセラミックス等で製作されている。このよ
うな特性のセラミックスで副室ブロック３を製作するこ
とによって、大きい熱負荷がかかる連絡孔５の部分を耐
久性に富んだものに製作できる。また、ヘッドライナ１
３は、耐熱性に富む窒化ケイ素等のセラミックス等で製
作され、シリンダヘッド７との境界部に断熱層を形成す
ることが好ましい。

【００２０】この副室式エンジンは、特に、副室ブロッ
ク３の構造、該副室ブロック３に形成された連絡孔５及
びピストンヘッド部２７の構造に特徴を有している。こ
の副室式エンジンにおいて、副室ブロック３はシリンダ
２６中央部に配置されており、副室ブロック３の下部２
９はシリンダヘッド下面２８即ちヘッドライナ１３のヘ
ッド下面部からシリンダ２６側即ち主室１側へ突出して
設定されている。また、主室１側へ突出した副室ブロッ
ク３の下部２９の周側面３０に複数個の連絡孔５が形成
されている。

【００２１】更に、ピストン９のピストンヘッド部２７
には、連絡孔５に対応してキャビティ１０の壁面から周
辺へと延びる凹溝６（図３及び図４では、４個示す）が
形成され、該各凹溝６は主室１の一部を構成する。ま
た、凹溝６の外周辺には、凹溝６の伸長方向より大きく
傾斜した傾斜面１９が形成されている。ピストンヘッド
部２７における凹溝６の部分は、特に大きい熱負荷を受
ける部分であるので、図示していないが、耐熱性に優れ
且つ断熱性に富む窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸ア
ルミニウム等で断熱構造即ち遮熱構造に構成することが
好ましいものである。

【００２２】更に、この副室式エンジンにおいて、連絡
孔５に対応する副室ブロック３の中央底部３１には、曲
面２１で突出する凸部２０が形成されている。副室ブロ
ック３に形成した連絡孔５は、図３及び図４に示すよう
に、スワール方向に傾斜して副室壁面３２の接線方向に
形成されており、凹溝６の形成方向は、連絡孔５の形成
方向に対応して傾斜して形成されている。

【００２３】また、この副室式エンジンにおいて、副室
ブロック３に形成した連絡孔５の断面形状は、図５又は
図６に示すように、半径方向外向きに絞り形状のテーパ
形状に形成されている。図５に示す連絡孔５は、副室ブ
ロック３の壁面厚さと同一であり、凹溝６との間に若干
の隙間が形成されている。これに対して、図６に示す連
絡孔５は、副室ブロック３の壁面厚さより半径方向外向
きに突出する口部２２が設けられ、凹溝６との間の隙間
はほとんど無い状態に形成されている。

【００２４】

【発明の効果】この発明による副室式エンジンは、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、この副室式エンジンは、副室ブロックをシリンダ中
央部に配置させると共に、シリンダヘッド下面から前記
シリンダ側へ突出した前記副室ブロックの周側面に複数
個の連絡孔を形成し、主室を前記連絡孔に対応してピス
トンヘッド部に形成した周辺へと延びる凹溝で構成した
ので、前記副室から前記連絡孔を通じて前記主室へ噴出
する火炎は、前記凹溝に沿って前記ピストンヘッド部の
周辺即ちシリンダ周辺まで高速で一気に噴出され、該火
炎を周囲の空気を巻き込んでシリンダ全面即ち前記主室
全域へと拡散させることができ、前記主室に存在する新
気と混合を促進して燃焼スピードを上昇し、燃焼期間を
短縮して理想的な二次燃焼を完結する。従って、二次燃
焼が短期燃焼となって良好になり、スモーク、パティキ
ュレート、ＨＣ等の発生を低減でき、エンジン出力、エ
ンジン効率を向上できる。

【００２５】また、この副室式エンジンでは、前記主室
から前記副室へ導入される吸入空気は、前記副室ブロッ
クの中央底部に形成された曲面から成る凸部に案内され
てシリンダ軸心方向の流れを発生させ、縦方向のスパイ
ラル状のスワールを形成し、前記副室内での燃料との混
合を促進し、均一な混合気を形成できる。しかも、上死
点ＴＤＣ近傍では、前記副室ブロックの下部は前記ピス
トンヘッド部のキャビティに嵌まり込んだ状態であり、
前記連絡孔は前記ピストンヘッド部に形成した前記凹溝
のみと連通している状態であるので、前記副室での燃焼
期間が延ばされ、ＮＯ_Xの発生を低減すると共に、スモ
ーク、パティキュレート等の発生を抑制できる状態を形
成できる。

【００２６】更に、前記副室から前記連絡孔を通じて前
記主室へ吹き出される火炎、混合気等は前記主室へ旋回
しながら噴出され、前記主室の全域に一気且つスムース
に拡散され、前記主室での新気との混合を促進して均一
な混合気を形成し、良好な二次燃焼を完結することがで
き、スモーク等の発生を低減することができる。

【００２７】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔をスワール方向即ち順流方向に傾斜して副室壁面
の接線方向に形成し、且つ前記凹溝を前記連絡孔の形成
方向に傾斜させことによって、前記主室から前記連絡孔
を通って前記副室へ流入する吸入空気に、前記主室に形
成されているスワールを持続させると共に、周方向の旋
回流となって前記副室へ流入し、更に前記連絡孔によっ
て良好なスワールエネルギーを持続し、前記副室に単な
るスワール流でなく、スパイラル状の強いスワール流を
形成させることができる。

【００２８】また、この副室式エンジンにおいて、前記
副室ブロックに形成した前記連絡孔の断面形状を半径方
向外向きに絞り形状に形成することによって、前記副室
から前記主室へ噴出する火炎を前記主室の外周辺まで短
期に到達させ、ペネトレーションを大きくして空気利用
率を向上させ、前記主室に存在する新気を巻き込んで短
期に混合させることができ、燃焼期間を短縮してスモー
ク、パティキュレート等の発生を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式エンジンの一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１の副室式エンジンに設けた副室ブロックを
示す斜視図である。

【図３】図１の線Ａ−Ａにおけるピストンと副室ブロッ
クを示す断面図である。

【図４】図１の副室式エンジンのピストンを示す斜視図
である。

【図５】副室ブロックに形成した連絡孔とピストンヘッ
ド部に形成した凹溝との関係の一例を示す説明図であ
る。

【図６】副室ブロックに形成した連絡孔とピストンヘッ
ド部に形成した凹溝との関係の別の例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１主室２副室３副室ブロック４燃料噴射ノズル５連絡孔６凹溝７シリンダヘッド８シリンダブロック９ピストン１０キャビティ１２多噴孔２０凸部２１曲面２６シリンダ２７ピストンヘッド部２８シリンダヘッド下面３０周側面３１中央底部３２副室壁面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに配置した副室を構成す
る副室ブロック、シリンダ側に形成した主室、該主室と
前記副室とを連通する前記副室ブロックに形成した連絡
孔、及び前記副室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有
する副室式エンジンにおいて、前記副室ブロックをシリ
ンダ中央部に配置し、シリンダヘッド下面から前記シリ
ンダ側へ突出した前記副室ブロックの周側面に複数個の
前記連絡孔を形成し、前記主室を前記連絡孔に対応して
ピストンヘッド部に形成した周辺へと延びる凹溝で構成
したことを特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】前記連絡孔に対応する前記副室ブロック
の中央底部に曲面で突出する凸部を形成したことを特徴
とする請求項１に記載の副室式エンジン。
【請求項３】前記連絡孔をスワール方向に傾斜して副
室壁面の接線方向に形成し、且つ前記凹溝を前記連絡孔
の形成方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１に記
載の副室式エンジン。
【請求項４】前記副室ブロックに形成した前記連絡孔
の断面形状を半径方向外向きに絞り形状に形成したこと
を特徴とする請求項１に記載の副室式エンジン。