JPH0565687B2

JPH0565687B2 -

Info

Publication number: JPH0565687B2
Application number: JP60278878A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ishida
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1993-09-20
Also published as: JPS62139919A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は内燃機関の燃焼室に係り、特に燃料と
してガソリン、アルコール等の低センタ価・揮発
性燃料を使用できるようにした内燃機関の燃焼室
に関する。

［従来の技術］一般に、デイーゼル機関にあつては、燃焼室に
センタ価の高い燃料を霧化状態にして直接供給す
ることにより、燃料と燃料用空気との混合を良好
にして燃焼性能を向上させるようにしているが、
燃焼室に、低セタン価・揮発性燃料（アルコール
やガソリン等）を噴射した場合は、正常な着火、
正常な燃焼を得ることはできなかつた。これは、
低セタン価・揮発性燃料を燃料に用いた場合は、
その高い揮発性によつて、噴射された燃料が瞬時
のうちに燃焼室全体に拡散され、燃焼室全体が稀
薄な空燃比に統一されてしまうことにより起こる
もので、スパークプラグのアシストによつても、
解決することはできなかつた（この問題の解決の
ためには、吸気を絞り、燃料の噴射量に対する燃
料用空気の割合を減らして、燃焼室の空燃比を、
着火・燃焼に適して空燃比に調節するという方法
がある。しかし、この吸気を絞るという方法は、
ピストンのポンピング仕事の増加を許し、機関出
力、燃費を低下させてしまうことになるため、採
用されていない。）そこで本出願人等はこの種の問題に鑑みて先に
第７図に示す如き構造の内燃機関の燃焼室（特願
昭60−106944号）を提案した。

これは、ピストン頂部２に主燃焼室３を窪ませ
て設けると共にその主燃焼室３に相隣接させて主
燃焼室３より容積の小さい副燃焼室１６を窪ませ
て設け、主燃焼室３と副燃焼室１６との間の周側
壁上部にこれを上方より窪ませて主燃焼室３と副
燃焼室１６とをピストンの半径方向に連通させる
バンク２１を設け、バンク２１の上方に、あらゆ
る使用負荷において副燃焼室１６に微粒化燃焼噴
霧を供給し所定負荷（軽負荷）を越えたときに主
燃焼室３にも燃焼噴霧を供給し得るように構成さ
れた燃焼噴射ノズル（ピントークス型の燃料噴射
ノズル）５を設け、そして副燃焼室１６内にその
点火部を位置させて点火手段１４を設けるという
ものであり、バンク２１によつて副燃焼室１６か
ら主燃焼室３への混合気の拡散を抑えることによ
つてあらゆる使用負荷において副燃焼室での着
火・燃焼を可能とし、そして所定負荷を越えたと
きから、火炎をバンク２１を介して副燃焼室１６
から主燃焼室３の混合気に伝播させることによ
り、全体として安定した燃焼を得るというもので
ある。

［発明が解決しようとする課題］上述のように、バンクは、副燃焼室内で生成さ
れた混合気が主燃焼室へ逃げることがないように
規制し、副燃焼室での着火・燃焼に大きく貢献す
る。

しかし、バンクは、主燃焼室への火炎伝播速度
を多少遅くするようにも機能してしまうため、こ
の分、出力、燃費が悪化してしまいという問題が
あつた（この問題の解決法としては、主燃焼室内
に高スワールを生成することが考えられるが、高
スワールを生成するためには、吸気抵抗の増大
（吸入効率の低下）を許容せざるを得なくなり、
また、高スワール化すれば熱効率が増加してピス
トンの耐久性に影響がでてしまう虞があるため、
採用されていない。）。

本発明の目的は、ピストン頂部に主燃焼室とこ
れより容積の小さい副燃焼室とを並設し、これら
主燃焼室と副燃焼室とを半径方向に連通させるよ
うにした内燃機関の燃焼室において、副燃焼室か
ら主燃焼室へ火炎を送れなく伝播させることがで
きるようにした内燃機関の燃焼室を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成すべく、ピストン頂面
をその軸方向に沿つて深く窪ませてピストン頂部
に窪み深さが同等な主燃焼室と副燃焼室とを並設
すると共に、これら主燃焼室と副燃焼室とを互い
に連通すべく主燃焼室と副燃焼室間の周側壁を全
て取り除き、上記主燃焼室にその副燃焼室側の偏
芯位置にあらゆる使用負荷で低センタ価・揮発性
燃料の微粒化燃料噴霧を副燃焼室内に供給する副
噴口及び所定負荷を越えたときにその微粒化燃料
噴霧より大きな粒子径の低セタン価・揮発性燃料
の燃料噴霧を主燃焼室内に供給する主噴口を有し
て構成された燃料噴射ノズルを設け、上記副噴口
の噴霧方向をこれより噴射される微粒化燃料噴霧
を上記副燃焼室のそのスワール方向上流側の内周
壁に衝突させてその一部を飛散させ残部を副燃焼
室の内周壁に沿つて液膜状に流し得るように設定
し、上記副燃焼室内にその微粒化燃料噴霧のスワ
ールの直下流側でかつ微粒化燃料噴霧の流下流域
にその点火部を位置させてスパークプラグを配設
したものである。

［作用］副噴口から噴射された微粒化燃料噴霧は、副燃
焼室の内周壁との衝突によりその一部は飛散され
て蒸発され、残部は副燃焼室の壁熱によつて蒸発
される燃料膜となる。したがつてスパークプラグ
の点火部周りには、あらゆる使用負荷時におい
て、着火性、燃焼性のよい混合気が分布する。

よつてスパークプラグを点火すれば、あらゆる
使用負荷時において副燃焼室にて正常な着火・燃
焼が生じる。

所定負荷を越えたときは、主燃焼室内にも燃料
噴霧が供給され、混合気が生成される。

副燃焼室の火炎は、副燃焼室と主燃焼室との間
の周側壁が全て取り除かれているため、遅れなく
主燃焼室の混合気に伝播し、その燃焼を促す。

よつて全体として燃費・出力が高く、HC、ア
ルデヒド等の排出量が大巾に少ない燃焼が得られ
る。

［実施例］以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて説明する。

図１、図２に示すように、ピストン１には、そ
のピストン頂部２にこれをその軸方向に沿つて深
く窪ませて主燃焼室３が設けられると共にこの主
燃焼室３に相隣接させて副燃焼室１２が窪ませて
設けられている。副燃焼室１２は、窪み深さが主
燃焼室３と同等に設定され、その容積は、主燃焼
室３より小さく設定されている。そして主燃焼室
３と副燃焼室１２との間は、主燃焼室３と副燃焼
室１２を仕切る互いの周側壁が全て取り除かれて
連通部２０となつている。

主燃焼室３には、その副燃焼室１２側の偏芯位
置に、あらゆる使用負荷で低セタン価・揮発性燃
料の微粒化燃料噴霧F₁を供給する１つの副噴口
１０及び所定負荷を越えたときにその微粒化燃料
噴霧F₁より大きな粒子径の低セタン価・揮発性
燃料の燃燃料噴霧F₂…₄を供給する計３個の主噴
口１１を備えたピントークス型の燃料噴射ノズル
（以下、単に「燃料噴射ノズル」という。）５が設
けられている。

副噴口１０は、主噴口１１と比べてその噴口径
は小さく、その噴霧方向は、これより噴射される
微粒化燃料噴霧F₁を上記副燃焼室１２のそのス
ワール方向上流側の内周壁１２ａに衝突させてそ
の一部を副燃焼室３内に飛散させて残部を副燃焼
室１２の内周壁１２ａに沿つて液膜状に流し得る
ように設定され、主噴口１１…の向きは、連通部
２０及び副燃焼室３内を除いた主燃焼室３の内周
壁３ａに対して、その円周方向に略等間隔を隔て
て燃料噴霧F₂…₄を噴射し得るように定められて
いる。そして副燃焼室１２内には、その微粒化燃
料噴霧F₁のスワールＳ直下流側でかつ微粒化燃
料噴霧F₁の流下流域にその点火部を位置させて
スパークプラグ１４が配設されている。第３図に
は燃料噴射ノズル５の構造が詳細に示されてい
る。燃料噴射ノズル５は、主に、針弁６、ノズル
ボデイ７、弁座８、燃料噴射室（ホール）９、副
噴口１０及び主噴口１１とを有し構成されてい
る。

燃料噴射室９は、ノズルボデイ７の先端部（ノ
ズルチツプ部）１７内に区画形成され、その上部
には、針弁６先端のスロツトル軸部１３を摺動自
在に嵌合させるための円筒部１８が設けられてい
る。弁座８は、円筒部１８の上部に円錐状に設け
られている。副噴口１０は、弁座８に設けられ、
主噴口１１は、ノズルボデイ７の先端部１７に、
その円周方向に間隔を隔てて計３個設けられ、そ
してスロツト軸部１３は、その流さｌが、針弁６
が所定リフト、すなわち軽負荷を越えるリフトに
達するまでは、その先端が円筒部１８と嵌合され
るように設定されている。なお、針弁６には、そ
の弁シート１９より後方部に円錐状に燃料油圧作
用面（図示せず）が設けられ、針弁６の後端部に
は、針弁６に弾発力を付勢すべくリターンスプリ
ング（図示せず）が設けられている。また、ノズ
ルボデイ７には、その燃料油圧作用面に対面する
内周面（針弁収容面）をその円周方向に沿わせて
窪ませて形成された溝（図示せず）と、この溝内
へ燃料噴射ポンプ（図示せず）からの燃料を導く
ための通路（図示せず）とが設けられている。

従つてこのような構成の燃料噴射ノズル５の作
動は次のようになる。

燃料噴射ポンプから上記溝内に供給される燃料
供給量が少なく溝内の圧力がリターンスプリング
の初期セツトフオースより低いときは、リターン
スプリングの弾発力によつて、弁シート１９が弁
座８に着座されたままとなり、これより燃料供給
量が増して溝内の圧力が、リターンスプリングの
初期セツトフオースを越え且つスロツト軸部１３
のその先端側が円筒部１８とまだ嵌合されている
とき、すなわちアイドリング時や軽負荷時は、針
弁６の弁シート１９が弁座８から離れて副噴口１
０のみが開かれ、副噴口１０から第２図に示す如
く微粒化燃料噴霧F₁が噴出される。

燃料噴射ポンプの燃料供給量がさらに増し、溝
内の圧力が、円筒部１８からスロツトル軸部１３
を離脱させる圧力となつたとき、すなわち、中・
高負荷時には、副噴口１０のみならず計３個の主
噴口１１も開かれ、これら主噴口１１からも第２
図に示す如く、燃料噴霧F₂…₄噴出される（主噴
口１１及び副噴口１０の口径は大小に異なつてい
るが、副噴口１０に作用する燃料の圧力と燃料噴
射室９に作用する燃料の圧力は等しいため、主噴
口１１から燃料噴霧F₂が、副噴口１０から微粒
化燃料噴霧F₁が噴射される。もちろん主噴口１
１と副噴口１０とでは噴口径が異なるため噴射量
は異なつたものとなる。）。

以下に、実施例の作用を説明する。

針弁６は、機関の始動時の極低速域及び軽負荷
時の燃料圧力（燃料噴射ポンプの送油圧力）で上
記リターンスプリングの弾発力に抗して開弁方向
にリフトされる。このため針弁６の弁シート１９
が弁座８から離れ、副噴口１０のみが開となる
（このときは、まだ燃料噴射ポンプの送油圧力が
低く、スロツトル軸部１３は、円筒部１８から完
全に離脱されず、その先端側の一部は円筒部１８
に嵌合したままとなる。このため、燃料噴射室９
への燃料供給は断たれ、主噴口１１は閉となる）。

よつて第４図、第５図に示す如く、副噴口１０
から微粒化燃料噴霧F₁が噴出される。

微粒化燃料噴霧F₁は、主燃料室３内のスワー
ルＳを横切つて、副燃焼室１２のスワールＳ上流
側の内周壁１２ａと衝突する。この衝突によつて
微粒化燃料噴霧F₁は、その一部は更に微粒化さ
れて副燃焼室１２内に飛散され、残部は副燃焼室
１２の内周壁１２ａに沿つてスワールＳ方向に沿
つて流れる燃料膜Ｇとなる。

燃料膜Ｇは、副燃焼室１２の内壁１２ａの壁熱
によつて蒸発され、また衝突によりさらに微粒化
されて飛散された微粒化燃料噴霧F₁は、栄え焼
室１２の高温の空気に触れて瞬時のうちに蒸気化
する。この燃料膜Ｇの蒸気及び微粒化燃料噴霧
F₁の蒸気は、スワールＳ方向に沿つて流下する
蒸気層ｇとなる。

蒸気層ｇは、副燃焼室１２の空気と混合されス
パークプラグ１４周りに着火性・燃焼性のよい濃
い混合気層Ｈを生成する。

ゆえにスパークプラグ１４の点火がされると、
混合気層Ｈは、瞬時に着火し燃焼するようにな
り、副燃焼室１２で、着火遅れのない急速な燃焼
が生じる。

中・高負荷運転時は、燃料噴射ポンプの送油圧
力が増し、スロツトル軸部１３は、円筒部１８か
ら離脱される。このため、副噴口１０のみならず
計３個の主噴口１１も開となり、第６図に示す如
く、主噴口１１…から貫徹力の大きな燃料噴霧
F₂…₄が噴射される。このとき、主噴口１１から
噴射される燃料の噴射量は、負荷に応じたものと
なる。燃料噴霧F₂…₄は、それぞれ主燃焼室３の
内周壁３ａとの衝突により、その一部は飛散され
主燃焼室３の高温の空気と触れて蒸気化する。燃
料噴霧F₂…₄の残部は、主燃焼室３の内周壁３ａ
の壁熱によつて蒸気化する。従つて、主燃焼室３
全体に均一に混合気層H₁が生成される。

そしてこのときにスパークプラグ１４の点火が
されると、副燃焼室３の火炎が連通部２０を介し
て遅れなく主燃焼室３の混合気層H₁に伝播され、
主燃焼室３で遅れのない燃焼が達成される。

なお、本実施例にあつて副噴口１０を１つとし
たのは、スワールＳに対する微粒化噴霧F₁の貫
徹力を確保するためと、副燃焼室１２にスパーク
プラグ１４の点火によつて着火しかつ燃焼する濃
い混合気（混合気層Ｈ）が生成されるようにする
ためである。主噴口１１を３つとしたのは、燃料
噴霧F₂…₄がスワールＳに対して適度な貫徹力を
有し、主燃焼室３に混合気層H₁が均一に生成さ
れるようにして、失火のない燃焼が達成されるよ
うにするためである。

［発明の効果］以上説明したことから明らかなように本発明に
よれば次の如き優れた効果を発揮する。

(1) 低セタン価・揮発性燃料を使用して、副燃焼
室で確実に着火燃焼でさせることができ、主燃
焼室への火炎伝播を速めることができ、全体と
して安定した燃焼を達成することができる。従
つて燃費・出力が高く、HC、アルデヒド等の
排出量を大巾に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す概略断面
図、第２図は第１図の上面図、第３図は燃料噴射
ノズルの要部詳細断面図、第４図乃至第６図は本
発明に係る内燃機関の燃焼室の燃焼状態を示す概
略図、第７図は従来の内燃機関の燃焼室を示す概
略断面図である。図中、１はピストン、２はピストン頂部、３は
主燃焼室、３ａは主燃焼室の内周壁、４はシリン
ダヘツド、５は燃料噴射ノズル、１０は副噴口、
１１は主噴口、１２は副燃焼室、１２ａは副燃焼
室の内周壁、１４はスパークプラグ、２０は連通
部、Ｓはスワールである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ピストン頂面をその軸方向に沿つて深く窪ま
せてピストン頂部に窪み深さが同等な主燃焼室と
副燃焼室とを並設すると共に、これら主燃焼室と
副燃焼室とを互いに連通すべく主燃焼室と副燃焼
室間の周側壁を全て取り除き、上記主燃焼室にそ
の副燃焼室側の偏芯位置にあらゆる使用負荷で低
セタン価・揮発性燃料の微粒化燃料噴霧を副燃焼
室内に供給する副噴口及び所定負荷を越えたとき
にその微粒化燃料噴霧より大きな粒子径の低セタ
ン価・揮発性燃料の燃料噴霧を主燃焼室内に供給
する主噴口を有して構成された燃料噴射ノズルを
設け、上記副噴口の噴霧方向をこれより噴射され
る微粒化燃料噴霧を上記副燃焼室のそのスワール
方向上流側の内周壁に衝突させてその一部を飛散
させ残部を副燃焼室の内周壁に沿つて液膜状に流
し得るように設定し、上記副燃焼室内にその微粒
化燃料噴霧のスワール直下流側でかつ微粒化燃料
噴霧の流下流域にその点火部を位置させてスパー
クプラグを配設したことを特徴とする内燃機関の
燃焼室。