JPH06159060A

JPH06159060A - 副燃焼室式エンジン

Info

Publication number: JPH06159060A
Application number: JP33221092A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuoka; 寛松岡
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】この副燃焼室式エンジンは、ピストン側に設
けた副燃焼室から主燃焼室への噴流をシリンダ内のスワ
ール流に乗せて新気との混合を良好にする。【構成】本発明は、ピストン本体１８にキャビティ１
２と取付孔２０を形成し、遮熱構造の副燃焼室２を形成
する副室ブロック４をキャビティ１２に配置し、取付孔
２０に突出部２９を嵌合して結合リング２７で固定す
る。燃料噴射ノズル１０は、副室ブロック４の挿入孔７
に上死点近傍で突入するように設定する。副室ブロック
４に形成した複数個の連絡孔９は、挿入孔７の周囲にシ
リンダ軸に対して斜めに周囲方向に隔置して形成され、
その連絡孔９の傾斜方向は、主燃焼室１に形成されるス
ワール流の方向に対して逆方向であり、副燃焼室２から
主燃焼室１への噴き出し方向が主燃焼室１内のスワール
流に順流になる方向である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主燃焼室、副燃焼室
及び該副燃焼室に噴孔を開口する燃料噴射ノズルを有す
る副燃焼室式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃焼改善を目的として
渦流室を持つ渦流室式エンジンが開発されている。この
ような渦流室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した
渦流室、該渦流室とシリンダ側に形成した主室とを連通
する連絡口及び渦流室内に配置した燃料噴射ノズルを有
しており、連絡口を通じて渦流室に流入する渦流によっ
て渦流室内に噴射された燃料とで混合気を形成させてい
る。

【０００３】上記のような渦流室式エンジンの一例とし
て、特開平２−１１２６１３号公報に開示された副燃焼
室の構造がある。該副燃焼室の構造は、シリンダ側に形
成した主燃焼室に噴孔を通じて連通する副燃焼室を形成
する副燃焼室壁体を断熱材によって構成し、該副燃焼室
壁体の内壁面にセラミック材から成る薄膜部材を配置し
たものである。また、この副燃焼室の構造では、副燃焼
室壁体の外周面には金属製保護筒を嵌着している。そし
て、主燃焼室と副燃焼室とを連通する噴孔は渦流の形成
を促進するように副燃焼室に対して傾斜してシリンダヘ
ッドに形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、副室での燃焼
温度は高温であるため、ＮＯ_Xの生成を低減する対策と
しては、燃料リッチで燃焼させることが効果的である。
また、燃焼温度が高温である時、燃料リッチで燃焼させ
るには、エンジン構造のタイプとしては副室式エンジン
で対応することが有効である。エンジンを副室式燃焼室
に構成した場合に、副室式燃焼室の燃焼スピードを直接
噴射式燃焼室の燃焼スピードと同程度まで速くするに
は、副室と主室とを連通する連通孔の通路断面積を拡大
することが必要である。ところが、連通孔の通路断面積
を大きくすると、副室から主室へ流出する噴出スピード
が低下し、主室での燃焼が十分に行われない。

【０００５】しかしながら、従来の渦流室式エンジンで
は、渦流室内に形成される渦流の方向と燃料噴射ノズル
からの噴霧の方向、及び燃料噴射ノズルからの燃料の噴
射時期が適合しないと、ＮＯ_X、スモーク等の発生が増
大するという問題がある。また、渦流室式エンジンで
は、副室と主室とを連通する連絡口が小さいので、該連
絡口による絞り損失が発生し、エンジン出力を低減する
原因になる。また、一般に、主室と副室とを連通する連
絡口は、シリンダ中心部或いは外周部の１つの部位のい
ずれかに設けられているので、噴流の到達しなければな
らない距離が長くなり、主室での空気との混合が不十分
になり、ＨＣ、スモークの発生原因になる。更に、連絡
口は絞られて傾斜状態に形成されているので、吸気ポー
トを通じて流入した吸入空気はシリンダ内でスワール流
を形成しているが、該スワール流が連絡口を通じて副室
に流入する時に、副室内にそのスワール流のエネルギー
を十分に活かすことができないという問題を有してい
る。

【０００６】一般に、ピストンに燃焼室を有する直噴エ
ンジンに関しては、ピストン燃焼室の容積比、即ち、圧
縮端における全体燃焼室容積に対するピストン燃焼室の
容積の割合は、６５〜８０％であり、それ以外の容積を
無駄容積と称しており、この無駄容積をできる限り小さ
くすることが試みられている。

【０００７】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、副燃焼室をピストン側に形成して
シリンダヘッドの構造をシンプルにし、吸排気ポートを
大きくすることで吸排気弁を各１個で成立させ、特に、
ピストンに形成した副燃焼室を遮熱構造に構成してピス
トンの熱負荷を低減し、副燃焼室内壁の熱伝達率を増大
させて副燃焼室内で良好なスワールを発生させ、副燃焼
室から外部への熱放散を防止し、副燃焼室を中央に配置
することで副燃焼室からの噴流の到達距離を短くし、連
絡孔の通路面積を増大することで連絡孔によるしぼり損
を低減し、燃焼期間を短縮して性能を向上させ、また、
副燃焼室から主燃焼室への噴流を副燃焼室内に形成され
ているスワール流と順流方向に噴き出させ、主燃焼室に
存在する新気との混合を良好に促進することができる副
燃焼室式エンジンを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、中央部にキャビティと取付孔を形成したピスト
ン本体、前記キャビティに遮熱層を介して嵌合した副燃
焼室を形成するセラミックス又は耐熱金属から作製した
副室ブロック、前記副室ブロックに設けた突出部、該突
出部を前記取付孔に嵌合した状態で前記突出部を前記ピ
ストン本体に固定する結合リング、シリンダ側に形成し
た主燃焼室、シリンダヘッドに配置し且つ前記副室ブロ
ックの中央部に形成した挿入孔にピストン上死点近傍で
噴孔部が突入する燃料噴射ノズル、及び前記挿入孔の周
囲にシリンダ軸に対して斜めに前記副室ブロックに形成
し且つ前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する周囲方
向に隔置して形成した複数個の連絡孔、を有する副燃焼
室式エンジンに関する。

【０００９】この副燃焼室式エンジンにおいて、前記連
絡孔の傾斜方向は、吸気ポートから前記主燃焼室に流入
してシリンダ内に形成されるスワール流の方向に対して
逆方向であり、前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴き
出し方向が前記主燃焼室内のスワール流に順流になる方
向に設定されている。

【００１０】この副燃焼室式エンジンにおいて、前記連
絡孔の傾斜方向は、前記ピストン本体の周辺側上面から
前記キャビティの中央に向かって放射線上であり、前記
副燃焼室から前記主燃焼室への噴き出し方向が前記ピス
トン本体の周辺側へ向かって前記シリンダ内のスワール
流に直交する方向に構成されているものである。

【００１１】

【作用】この発明は、上記のように構成され、次のよう
に作用する。即ち、この副燃焼室式エンジンは、ピスト
ン本体の中央部に取付孔を形成し、該取付孔に遮熱層を
介して副燃焼室を形成するセラミックスから作製した副
室ブロックを嵌合し、該副室ブロックを前記ピストン本
体に結合リングで固定したので、副室ブロックをピスト
ン本体に堅固に固定でき、前記遮熱層が存在するので、
副燃焼室から前記ピストン本体への熱放散が防止され、
熱効率を向上できる。特に、副燃焼室内は空気流動が大
であり、熱伝達率も高く、ガス温度も高温であるため放
熱量が大きくなるので、副燃焼室を遮熱構造にすること
により、放熱を防止することができ、熱効率を大幅に向
上させることができる。

【００１２】更に、副燃焼室がピストンの中央に位置す
るため、連絡孔からの噴流の到達距離が短く、燃焼時間
が短くなって性能が向上する。また、副燃焼室からの噴
流の到達距離が短くて済むため、連絡孔の通路面積を大
きく形成でき、しぼり損失を低減でき効率を向上でき
る。また、連絡孔の傾斜方向を外向きに傾斜させると、
ピストンの周辺への副燃焼室からの噴流の到達距離が更
に短くなり、ピストン周辺の新気との混合を促進する。

【００１３】特に、副燃焼室から連絡孔を通じて吹き出
す噴流がシリンダ内に存在するスワール流と順流である
ため、主燃焼室に形成されているスワール流のエネルギ
ーを活かすことができ、主燃焼室内での燃焼火炎及び未
燃混合気と新気との混合が促進され良好になる。即ち、
吸気ポートからシリンダ内即ち主燃焼室に流入して形成
されるスワール流はピストン上昇によって最初は挿入孔
から吸入空気は若干副燃焼室に流入するが、燃料噴射ノ
ズルの先端部が挿入孔に突入してシリンダ内の吸入空気
が圧縮されると、その圧縮空気はＵターンして連絡孔か
ら最後の押し込みでベクトル流として副燃焼室内に流入
して副燃焼室内に逆方向のスワール流を形成する。そこ
で、燃料噴射ノズルの多噴孔からアルコール燃料、軽油
等の液体燃料が副燃焼室内に噴射され、副燃焼室内で燃
料リッチで燃焼し、ＮＯ_Xの発生を抑制する。

【００１４】次いで、副燃焼室内で燃焼火炎は膨張して
連絡孔を通じて噴出し、連絡孔はシリンダ内のスワール
流に順流方向であるので、燃焼火炎と未燃混合気とはシ
リンダ内の３割程度残っているスワール流を有効に利用
してそのスワール流に乗って吹き出され、燃焼火炎と未
燃混合気は主燃焼室内に存在する新気と混合を促進して
燃焼スピードをアップし、更に、燃料噴射ノズルの先端
部は圧縮端後１０〜２０°で挿入孔から抜け出し、挿入
孔からも燃焼火炎と未燃混合気は噴出し、熱効率をアッ
プして燃焼を完結する。従って、主燃焼室でのＨＣ、ス
モーク等の発生を抑制する。

【００１５】或いは、この副燃焼室式エンジンにおい
て、前記連絡孔の傾斜方向を放射線上に形成し、前記副
燃焼室から前記主燃焼室への噴き出し方向が前記ピスト
ン本体の周辺側へ向かって前記シリンダ内のスワール流
に直交する方向に構成した場合には、前記副燃焼室から
の燃焼火炎は前記シリンダ内のスワール流に衝突して乱
れを促進して混合を促進することができる。

【００１６】更に、燃料噴射ノズルの副燃焼室内での滞
留時間、即ち挿入孔が燃料噴射ノズルの突入で閉鎖され
ている閉鎖期間は、燃料噴射ノズルのシリンダヘッド下
面からの突出長さ及び前記ヘッドプレートの厚さによっ
て決定されるので、燃料噴射ノズルの突出長さと前記ヘ
ッドプレートの厚さを適正に選定することによってコン
トロールできる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副燃
焼室式エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明に
よる副燃焼室式エンジンの一実施例を示す断面図、及び
図２は図１の副燃焼室式エンジンのピストンの平面図で
ある。

【００１８】この副燃焼室式エンジンは、アルミニウ
ム、アルミニウム合金等の金属材料から成るシリンダブ
ロック６、該シリンダブロック６に金属ガスケット等の
ガスケット３２を介在して固定されたアルミニウム合金
等の金属材料から成るシリンダヘッド５を有している。
シリンダブロック６にはエンジンの気筒数に対応する孔
部２１が形成され、孔部２１にはシリンダ３を形成する
シリンダライナ１９が嵌合されている。また、シリンダ
ヘッド５には、エンジンの気筒数に対応即ちシリンダ３
に対応する吸気ポート１３と排気ポート１７が形成さ
れ、吸気ポート１３のバルブシート２２には吸気弁１６
が配置され、排気ポート１７のバルブシートには排気弁
２６が配置されている。シリンダライナ１９に形成され
るシリンダ３には、ピストン８が往復運動するように組
み込まれている。主燃焼室１は、シリンダヘッド下面１
４とピストン頂面１５との間に形成されている。

【００１９】この副燃焼室式エンジンは、アルコール燃
料、軽油等の液体燃料を燃料噴射ノズル１０から副燃焼
室２内に噴射して燃焼させるディーゼルエンジンであ
り、特に、ピストン８側に副燃焼室２及び複数の連絡孔
９を設け、連絡孔９の形状を傾斜方向に形成したことを
特徴とするものである。ピストン本体１８に形成した副
燃焼室２の容積比については、圧縮端における全体燃焼
室容積に対する副燃焼室２の容積比は、４０〜６５％に
設定されている。また、シリンダヘッド５にはシリンダ
軸の中央部に貫通孔２３が形成され、該貫通孔２３には
多噴孔１１を備えた燃料噴射ノズル１０が貫通固定さ
れ、燃料噴射ノズル１０の噴孔部即ち先端部２４はシリ
ンダヘッド下面１４から突出している。この燃料噴射ノ
ズル１０は、ピストン８の上死点近傍でその先端部２４
が副燃焼室２内へ突入でき、多噴孔１１から副燃焼室２
内に燃料を噴射できるものである。

【００２０】更に、この副燃焼室式エンジンにおいて、
シリンダ３内を往復運動するピストン８は、中央部にキ
ャビティ１２と取付孔２０を形成したピストン本体１
８、キャビティ１２に遮熱層３０を介して嵌合した副燃
焼室２を形成するセラミックスから作製した副室ブロッ
ク４、副室ブロック４に設けた突出部２９、該突出部２
９を取付孔２０に嵌合した状態で突出部２９をピストン
本体１８に固定する結合リング２７から構成されてい
る。ピストン本体１８と副室ブロック４とは、メタルフ
ロー金属を加熱して塑性流動させた結合リング２７で互
いに固定することができる。従って、副室ブロック４は
ピストン本体１８に結合リング２７で堅固に固定され
る。副室ブロック４とピストン本体１８のキャビティ１
２との間には、遮熱空気層３０、遮熱ガスケット２８等
から成る遮熱層が形成され、副室２の熱エネルギーが副
燃焼室２からピストン本体１８及びピストンリング３１
を通じて熱放散するのを防止している。

【００２１】特に、この副燃焼室式エンジンでは、主燃
焼室１と副燃焼室２とを連通するため、副室ブロック４
に挿入孔７の周囲にシリンダ軸に対して斜めに複数個
（例えば、図２図では４個）の連絡孔９が形成されてい
る。これらの連絡孔９は、図２に示すように、周囲方向
に隔置して形成されている。更に、連絡孔９の傾斜方向
は、吸気ポート１３から主燃焼室１に流入して形成され
るスワール流の方向に対して逆方向であり、副燃焼室２
から主燃焼室１への噴き出し方向が主室１内即ちシリン
ダ３に形成されているスワール流Ｓに順流になる方向で
ある。また、副室ブロック４の中央部には挿入孔７が形
成され、挿入孔７にはピストン上死点近傍で燃料噴射ノ
ズル１０の噴孔部即ち先端部２４が突入するように設定
されている。

【００２２】この副燃焼室式エンジンでは、燃焼室の一
部を副燃焼室２に構成することによって、副燃焼室２で
初期燃焼即ち一次燃焼を高当量比即ち燃料リッチで行わ
せ、ＮＯ_Xの発生を低減することができる。この場合、
副燃焼室２からの噴出エネルギーにより主燃焼室１に存
在する空気との混合を促進して二次燃焼即ち再燃焼を行
わせる必要があるが、燃焼室全容積に対する副燃焼室容
積の割合（Ｖ／Ｒ）が小さくなると、噴出エネルギーが
減少する。この現象を避けるため、従来の副室式エンジ
ンでは、副室と主室とを連通する通路面積を絞り、噴射
エネルギーの増大を図っている。しかしながら、従来の
副室式エンジンでは、連絡孔の通路面積はピストン頂面
面積の１．５％弱が一般的であり、このため噴出時のし
ぼり損が生じ、エンジン効率の低下を招くことになる。

【００２３】この発明による副燃焼室式エンジンでは、
上記の現象に鑑みて、連絡孔９の通路面積を大きくし、
且つ主燃焼室１に存在する新気と副燃焼室２からの噴流
との混合を促進するため、連絡孔９を副室ブロック４の
中央の挿入孔７から隔置した周方向に形成してシリンダ
３の壁面への到達距離を短くして連絡孔９から噴出され
る噴流スピードが小さくても、主燃焼室１に存在する空
気と良好に且つ短期間に混合を行わせることができる。
特に、上記のように、Ｖ／Ｒが小さく、又は連絡孔面積
が大きくなると、副燃焼室２から主燃焼室１への噴流エ
ネルギーが小さくなるため、この現象を補うために副燃
焼室２の外周部から噴流を噴出させると、噴流のペネト
レーションが少しでも良好になり、主燃焼室１の新気と
噴流との混合が促進される。

【００２４】この副燃焼室式エンジンでは、副燃焼室２
を構成しているピストン８には副燃焼室２とシリンダ３
側とを閉鎖する副室ブロック４が設けられているので、
ピストン上死点近傍では、副燃焼室２内の燃焼ガス及び
混合気は、ピストン８の外周部に向かって連絡孔９から
主燃焼室１に形成されているスワール流Ｓと順流方向に
噴出するので、主燃焼室１に吹き出された噴流は空気と
の混合が短期に促進される。

【００２５】この副燃焼室式エンジンにおいて、副室ブ
ロック４は、耐熱性に富んだ窒化ケイ素、炭化ケイ素、
或いはセラミックウィスカーと金属との複合材料、或い
はＮｉ−Ｃｒ系の耐熱金属によって製作されている。ま
た、燃料噴射ノズル１０の先端部２４は高温ガスに晒さ
れる領域に配置されているので、先端部２４を遮熱する
ため、遮熱材２５が先端部２４の外周にコーティング等
で被覆されている。遮熱ガスケット２８は、高強度低熱
伝導率の部分安定化ジルコニア等のセラミックスから作
製されている。

【００２６】この副燃焼室式エンジンは、上記のように
構成されており、次のように作動される。エンジンの吸
入行程において吸気バルブ１６の開放で吸入空気は吸気
ポート１３からシリンダ３内即ち主燃焼室１に流入し、
該吸入空気はシリンダ３内でスワールＳを形成する。該
スワールＳは圧縮行程で周方向に複数形成された連絡孔
９を通じてピストン８上昇による吸入空気圧縮力によっ
て副燃焼室２内に送り込まれ、副燃焼室２内に逆方向の
スワールＣＳを形成する。即ち、ピストン８の上昇によ
る吸入空気の圧縮で、シリンダ３内のスワール流Ｓとは
逆方向に傾斜する連絡孔９を通じて圧縮空気が副燃焼室
２内へ流入し、その時、副燃焼室２内に押し込まれた圧
縮空気は逆方向の速度ベクトルを持って副燃焼室２内で
スワール流ＣＳとなる。

【００２７】そこで、圧縮行程終端近傍で燃料噴射ノズ
ル１０の多噴孔１１から副燃焼室２内に燃料が噴射され
た燃料噴霧は、副燃焼室２内でスワールＣＳと混合して
可燃混合気を生成し、該可燃混合気は副燃焼室２内で着
火して一部が燃焼火炎となり、残りは未燃混合気の状態
となって連絡孔９から主燃焼室１に向かって噴出する。
この時、上死点ＴＤＣ近傍では連絡孔９のみが主燃焼室
１に開放しているので、副燃焼室２からの噴流は連絡孔
９を通じて主燃焼室１に吹き出すが、この時、連絡孔９
はシリンダ３内でスワールＳと順流方向に傾斜している
ので、噴流即ち燃焼火炎と未燃混合気はシリンダ３内に
残っているスワール流Ｓと順流方向に逆らうことなく吹
き出される。ピストン８の下降に従って燃料噴射ノズル
１０が挿入孔７から抜け出し、副室２は挿入孔７を通じ
て主燃焼室１に開放され、副燃焼室２内の噴流は主燃焼
室１へ吹き出される。そこで、主燃焼室１に噴出した燃
焼火炎と未燃混合気は、主燃焼室１に存在する新気と短
期に混合し、燃焼期間を短縮して二次燃焼即ち再燃焼し
てＨＣ、スモークの発生を低減する。次いで、排気行程
に移行する。

【００２８】この副燃焼室式エンジンでは、連絡孔９
は、副燃焼室２外周に沿って多数形成され、連絡孔９の
通路面積は大きく形成されているため、主燃焼室１内の
新気との混合のためのペネトレーションが短くても、連
絡孔９から噴出した火炎と混合気とは主燃焼室１内の空
気と十分に混合することができる。即ち、主燃焼室１と
副燃焼室２とを連通する連絡孔９は、通路面積が合計で
大面積に構成することができ、しぼり損がなく、出力の
低減はない。また、副燃焼室２がシリンダ３中心軸線上
に同心に配置され、連絡孔９が副燃焼室２の外周側面に
形成されているので、副燃焼室２から噴出した噴流が、
連絡孔９の通路面積が大きくなって噴出エネルギーが小
さくなり、到達距離が短くなったとしても、該噴流は主
燃焼室１に存在する空気と十分に短期に混合することが
でき、主燃焼室１での燃焼期間を短縮してＨＣ、スモー
クの発生を抑制できる。

【００２９】この副燃焼室式エンジンは、副燃焼室２で
燃料リッチで燃焼スピードを速く燃焼できるので、ＮＯ
_Xの生成を低減する燃焼を行わせることができる。しか
も、副燃焼室２から連絡孔９を通じて主燃焼室１に流出
する火炎と混合気との燃焼ガスの噴出スピードは、連絡
孔９の通路断面積が大きいため低下するが、連絡孔９は
副燃焼室２の周囲に存在する主燃焼室１に対して大きな
サークルとなって位置しているので、連絡孔９からシリ
ンダ３全体に対しては、距離が減少し、副燃焼室２から
連絡孔９を通じて噴出した火炎及び混合気はシリンダ３
内即ち主燃焼室１の周囲の新気と短時間に混合して燃焼
スピードを短縮できる。従って、主燃焼室１での燃焼で
もＮＯ_X、ＨＣ、スモークの発生を低減する燃焼を行わ
せることができる。

【００３０】この副燃焼室式エンジンは、上記のように
構成されているが、連絡孔の傾斜方向については、必ず
しも上記の傾斜方向に限定される必要はない。例えば、
主燃焼室と副燃焼室との連絡孔について、図３又は図４
に示すような傾斜方向に形成することもできる。図３は
図１の副燃焼室式エンジンのピストンに形成した連絡孔
の別の実施例を示す平面図である。図４は図１の副燃焼
室式エンジンのピストンに形成した連絡孔の更に別の実
施例を示す平面図である。

【００３１】図３に示すように、主燃焼室１と副燃焼室
２とを連通する連絡孔９の傾斜方向は、上記実施例と同
様に、吸気ポート１３から主燃焼室１に流入してシリン
ダ３側に形成されるスワール流の方向に対して逆方向で
あり、副燃焼室２から主燃焼室１への噴き出し方向がシ
リンダ３内のスワール流に順流になる方向に構成されて
いるが、更に、図３に示すように、連絡孔９の傾斜方向
はピストン８の周辺方向即ち外向きに傾斜されている。
このように外向きに傾斜することで、ピストン８の周辺
への副燃焼室２からの噴流の到達距離が更に短くなり、
ピストン周辺の新気との混合を促進することができる。

【００３２】図４に示すように、主燃焼室１と副燃焼室
２とを連通する連絡孔９の傾斜方向は、ピストン本体１
８の周辺側上面から副燃焼室２の中央に向かって放射線
上であり、副燃焼室２から主燃焼室１への噴き出し方向
がピストン本体１８の周辺側へ向かってシリンダ３内の
スワール流に直交する方向に構成されている。噴流をシ
リンダ３内のスワール流に直交する方向に構成した場合
には、副燃焼室２からの燃焼火炎はシリンダ３内のスワ
ール流に衝突して乱れを促進して混合を促進することが
できる。

【００３３】

【発明の効果】この発明による副燃焼室式エンジンは、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。この副燃焼室式エンジンは、副燃焼室を形成した副
室ブロックの突出部をピストン本体の取付孔に嵌合した
状態で結合リングで前記副室ブロックを前記ピストン本
体に固定し、副室ブロックをピストン本体のキャビティ
との間に遮熱層を介在して嵌合したので、前記副室ブロ
ックは前記ピストン本体に堅固に固定され、副室式燃焼
室を構成でき、燃料リッチで燃焼させてＮＯ_Xの発生を
低減できる。特に、ピストンに形成した副燃焼室を遮熱
構造に構成してピストンの熱負荷を低減でき、副燃焼室
から外部への熱放散を防止でき、熱効率を向上させるこ
とができる。即ち、副燃焼室式エンジンの冷却損失が高
いのは、副燃焼室を設けることにより、表面積が増大
し、副燃焼室内の空気流動が大きく、熱伝達率が高く、
放熱量が大になりからである。そこで、副燃焼室を遮熱
構造にすることにより、放熱を防止することができ、熱
効率を大幅に向上させることができる。

【００３４】また、前記副室ブロックの中央部には、ピ
ストン上死点近傍で燃料噴射ノズルが突入できる挿入孔
を形成し、主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する複数個
の連絡孔を前記挿入孔の周囲にシリンダ軸に対して斜め
に且つ周囲方向に隔置して形成したので、前記副燃焼室
が前記ピストンの中央に位置し、前記連絡孔からの噴流
の到達距離が短く、燃焼時間が短くなって性能が向上す
る。また、前記副燃焼室からの噴流の到達距離が短くて
済むため、前記連絡孔の通路面積を大きく形成でき、し
ぼり損失を低減でき効率を向上できる。また、前記主燃
焼室と前記副燃焼室との通路面積を前記副室の外周囲に
形成した多数の前記連絡孔の合計で全体として大きく形
成でき、しぼり損失を低減できる。また、連絡孔の傾斜
方向を外向きに傾斜させると、ピストン周辺への副燃焼
室からの噴流の到達距離が更に短くなり、ピストン周辺
の新気との混合を促進する。

【００３５】また、前記連絡孔の傾斜方向は、吸気ポー
トから前記主燃焼室に流入して形成されるスワール流の
方向に対して逆方向であり、前記副燃焼室から前記主燃
焼室への噴き出し方向が前記主燃焼室内のスワール流に
順流になる方向であるので、前記主燃焼室に形成されて
いるスワール流のエネルギーを活かすことができ、前記
主燃焼室内での燃焼火炎及び未燃混合気と新気との混合
が促進され良好になる。

【００３６】或いは、この副燃焼室式エンジンにおい
て、前記連絡孔の傾斜方向を放射線上に形成し、前記副
燃焼室からの噴き出し方向が前記ピストン本体の周辺側
へ向かって前記シリンダ内のスワール流に直交する方向
に構成した場合には、前記副燃焼室からの燃焼火炎は前
記シリンダ内のスワール流に衝突して乱れを促進して混
合を促進することができる。

【００３７】従って、この副燃焼室式エンジンは、前記
副燃焼室での燃焼状態を燃料リッチで燃焼させ且つ直接
噴射式燃焼室と同等の燃焼スピードを確保でき、ＮＯ_X
の発生を抑制できる。また、前記副燃焼室をシリンダの
中央部に形成して前記副燃焼室の外周から噴出する火炎
と混合気とは、前記シリンダの全周即ち前記主燃焼室に
存在する新気に対して距離が短くなるので、前記主燃焼
室での混合が促進され、燃焼スピードを速くして燃焼期
間を短縮でき、ＮＯ_X、ＨＣ、スモークの発生を抑制で
きる燃焼を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副燃焼室式エンジンの一実施例
を示す断面図である。

【図２】図１の副燃焼室式エンジンのピストンに形成し
た連絡孔の一実施例を示す平面図である。

【図３】図１の副燃焼室式エンジンのピストンに形成し
た連絡孔の別の実施例を示す平面図である。

【図４】図１の副燃焼室式エンジンのピストンに形成し
た連絡孔の更に別の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室３シリンダ４副室ブロック５シリンダヘッド６シリンダブロック７挿入孔８ピストン９連絡孔１０燃料噴射ノズル１１多噴孔１２キャビティ１３吸気ポート１８ピストン本体１９シリンダライナ２０取付孔２４先端部２７結合リング２８遮熱ガスケット２９突出部３０遮熱空気層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部にキャビティと取付孔を形成した
ピストン本体、前記キャビティに遮熱層を介して嵌合し
た副燃焼室を形成するセラミックス又は耐熱金属から作
製した副室ブロック、前記副室ブロックに設けた突出
部、該突出部を前記取付孔に嵌合した状態で前記突出部
を前記ピストン本体に固定する結合リング、シリンダ側
に形成した主室、シリンダヘッドに配置し且つ前記副室
ブロックの中央部に形成した挿入孔にピストン上死点近
傍で噴孔部が突入する燃料噴射ノズル、及び前記挿入孔
の周囲にシリンダ軸に対して斜めに前記副燃焼室ブロッ
クに形成し且つ前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通す
る周囲方向に隔置して形成した複数個の連絡孔、を有す
る副燃焼室式エンジン。
【請求項２】前記連絡孔の傾斜方向は、吸気ポートか
ら前記主燃焼室に流入してシリンダ側に形成されるスワ
ール流の方向に対して逆方向であり、前記副燃焼室から
前記主燃焼室への噴き出し方向が前記シリンダ内のスワ
ール流に順流になる方向に構成されている請求項１に記
載の副燃焼室式エンジン。
【請求項３】前記連絡孔の傾斜方向は、前記ピストン
本体の周辺側上面から前記キャビティの中央に向かって
放射線上であり、前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴
き出し方向が前記ピストン本体の周辺側へ向かって前記
シリンダ内のスワール流に直交する方向に構成されてい
る請求項１に記載の副燃焼室式エンジン。