JPH062547A - 副燃焼室を備える内燃機関における燃料燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】副燃焼室を備える内燃機関における燃料燃焼方
法に関し、燃料が副燃焼室内に付着することを抑え、不
完全燃焼ガスの排出を抑制することを目的とする。 【構成】渦流室６に対して主燃焼室１の空気を噴射孔７
を介して供給し、その内部で空気の渦流を発生させ、燃
料噴射ノズル９の燃料を渦流の空気と混合させて混合気
を生成し、燃焼させる副燃焼室を備えた内燃機関におい
て、混合気の燃焼時に生成される高圧の燃焼ガスを貯留
する補助室１２を渦流室６に連通するように形成すると
ともに、補助室１２と渦流室６とを区画するバルブ１４
を設け、燃料噴射ノズル９から燃料が噴射されるとき、
バルブ１４を動作させて補助室１２と渦流室６とを連通
し、補助室１２に貯留された高圧の燃焼ガスを渦流室６
に放出し、前記混合気の爆発により渦流室６の圧力が高
くなったとき、バルブ１４を動作させて補助室１２と渦
流室６とを区画するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は副燃焼室を備える内燃機
関における燃料燃焼方法に係り、詳しくは副燃焼室にて
燃焼される混合気の燃焼効率を向上させる副燃焼室を備
える内燃機関における燃料燃焼方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の副燃焼室を備えるディーゼルエン
ジンは、図３に示すように、シリンダヘッド５１に形成
された空間部５２に区画部材５３を圧入して副燃焼室と
なる渦流室５４を形成している。又、シリンダヘッド５
１には前記渦流室５４の内壁に向かって燃料を噴射する
燃料噴射ノズル５５が挿入固定されている。そして、ピ
ストン５６が圧縮工程時に入ると、主燃焼室５７の空気
が圧縮され、この空気は区画部材５３の噴射孔５３ａを
介して渦流室５４内に供給される。このとき、渦流室５
４内で空気の渦流が発生する。そこへ前記渦流室５４の
内壁に向かって燃料噴射ノズル５５から燃料が噴射さ
れ、渦流となる高圧空気と混合して燃焼させる。そのた
め、空気の渦流を利用するので燃料と空気との混合がよ
く、平均有効圧力は高くなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記燃料噴
射ノズル５５から噴射される燃料は、渦流室５４内で周
回する空気と効率よく混合させるため、渦流室５４の内
壁に沿うように噴射している。しかしながら、燃料噴射
ノズル５５から噴射された燃料の一部が渦流室５４の内
壁に付着してしまうため、燃料を完全に燃焼させること
ができなくなる。この結果、不完全燃焼ガスを多く排出
することになるという問題がある。

【０００４】又、噴射孔５３ａを利用して渦流室５４内
にて空気に渦流を発生させるが、この噴射孔５３ａをあ
まり小さくすると渦流室５４に空気を効率よく供給する
ことができず、エネルギー損失が大きくなるという問題
がある。

【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、燃料が副燃焼室内に
付着することを抑え、しかも燃料と空気とを効率よく混
合して不完全燃焼ガスの排出を抑制することができる副
燃焼室を備える内燃機関における燃料燃焼方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、シリンダヘッドに形成された副燃焼室に対
してピストンにより圧縮された主燃焼室の空気を噴射孔
を介して供給し、前記副燃焼室内にてその空気に渦流を
発生させるとともに、燃料噴射ノズルから噴射される燃
料を前記渦流となる空気と混合させて混合気を生成し、
その混合気を燃焼させる副燃焼室を備えた内燃機関にお
いて、前記混合気の燃焼時に生成される高圧の燃焼ガス
を貯留する補助室を副燃焼室と連通するように形成する
とともに、前記補助室と副燃焼室とを区画するバルブを
設け、前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されるとき、
バルブを動作させて補助室と副燃焼室とを連通し、補助
室に貯留された高圧の燃焼ガスを副燃焼室へ放出し、前
記混合気の爆発により副燃焼室の圧力が高くなったと
き、前記バルブを動作させて補助室と副燃焼室とを区画
するようにしたことをその要旨とする。

【０００７】

【作用】ピストンにより圧縮された主燃焼室の空気が噴
射孔を介して副燃焼室に供給される。その空気は副燃焼
室内で渦流となり、この渦流となる空気と燃料噴射ノズ
ルから噴射される燃料とが混合して混合気が生成され
る。そして、この混合気が着火して爆発する。そして、
前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されるとき、副燃焼
室と補助室とを区画するバルブが動作して副燃焼室と補
助室とを連通した状態となる。すると、前工程の段階で
補助室内に貯留された高圧の燃焼ガスが補助室から副燃
焼室に放出される。そのため、燃料噴射ノズルから噴射
される燃料と渦流となる空気との混合が補助室から放出
される高圧の燃焼ガスによって助成されるとともに、噴
射された燃料の副燃焼室内への付着が防止される。そし
て、この混合気が爆発して副燃焼室の圧力が高くなった
とき、バルブが動作されて補助室と副燃焼室とが区画さ
れる。そして、次工程で再び渦流となる空気と燃料との
混合を助成するための圧力の高い燃焼ガスが補助室内に
貯留される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を渦流室式ディーゼルエンジン
に具体化した一実施例を図１，図２に基づいて説明す
る。

【０００９】図１に示すように、ディーゼルエンジンに
おける主燃焼室１の上部にはシリンダヘッド２が取付固
定されている。前記主燃焼室１の上流側におけるシリン
ダヘッド２には下方凹部３が形成され、この下方凹部３
にはその下方から区画部材４が組み込まれている。又、
前記下方凹部３と区画部材４の椀状部５によって副燃焼
室としての渦流室６が構成されている。前記渦流室６は
区画部材４の底部４ａに斜状に形成された噴射孔として
の噴孔７によって前記主燃焼室１に連通されている。

【００１０】そして、（主燃焼室１内における）ピスト
ンＰの圧縮工程により圧縮された空気が前記区画部材４
の噴孔７を経て渦流室６内に供給される。この空気が椀
状部５及び下方凹部３の各周壁に沿って渦状の気流とな
って該渦流室６内を周回するようになっている。

【００１１】前記シリンダヘッド２には渦流室６と外部
と連通する斜孔８が透設され、この斜孔８には燃料噴射
ノズル９が挿入固定されている。そして、前記燃料噴射
ノズル９から渦流室６の内壁に沿うように燃料が噴射さ
れ、この燃料は渦流となる圧縮された空気と合流して混
合されるようになっている。

【００１２】又、前記シリンダヘッド２には渦流室６と
外部とを連通する水平孔１０が透設され、この水平孔１
０にはエンジン始動時に燃料の着火性を高めるためのグ
ロープラブ１１が挿入固定されている。

【００１３】前記渦流室６の左側上部には該渦流室６と
連通する補助室１２が凹設されている。又、前記シリン
ダヘッド２には前記補助室１２と外部とを連通する連通
孔１３が透設されている。前記連通孔１３にはバルブ１
４が摺動可能に配設されている。前記バルブ１４の先端
は前記渦流室６内に配設され、このバルブ１４によって
前記補助室１２と渦流室６とを区画したり、連通したり
することができるようになっている。

【００１４】前記シリンダヘッド２の外部には回動軸１
５と一体回転可能なカム１６が設けられ、このカム１６
によってバルブ１４の摺動動作を行わせるようになって
いる。又、前記回動軸１５は制御装置１７によって回動
制御されるようになっている。そして、前記バルブ１４
は制御装置１７によって回動制御される回動軸１５及び
カム１６によって所定のタイミングにて摺動制御される
ようになっている。

【００１５】つまり、制御装置１７は燃料噴射ノズル９
から燃料が噴射されたとき、回動軸１５を回動してカム
１６を実線にて示す位置に停止させ、図示しないスプリ
ングの付勢力に抗してバルブ１４を押圧するようになっ
ている。そのため、バルブ１４が摺動し、実線にて示す
ようにその先端が渦流室６内に突出して前記補助室１２
と渦流室６とが連通した状態となる。

【００１６】そして、渦流室６内で混合された混合気が
爆発し、該渦流室６内の圧力が最も高い状態となったと
き、前記制御装置１７は回動軸１５を回動してカム１６
を二点鎖線にて示す位置に停止させる。すると、バルブ
１４の基端は図示しないスプリングの付勢力により二点
鎖線にて示す位置となる。このとき、バルブ１４によっ
て渦流室６と補助室１２とが区画されるようになってい
る。

【００１７】次に、上記のように構成されたディーゼル
エンジンの作用を図１，図２に基づいてついて説明す
る。まず、制御装置１７によって回動軸１５が回動制御
され、カム１６が二点鎖線にて示す位置に停止してい
る。そのため、バルブ１４の基端及び先端は二点鎖線に
て示す位置に停止しているため、バルブ１４によって補
助室１２と渦流室６とが区画された状態となっている。
このとき、前記補助室１２内には前段階の工程で混合気
の爆発により生成された高圧状態の燃焼ガスが貯留され
ている。

【００１８】この状態で、ピストンＰの圧縮動作により
主燃焼室１内の空気が圧縮され、その空気が区画部材４
の噴孔７を介して渦流室６内に供給される。この空気は
渦流室６内の内壁に沿って流れ、渦流状態となって渦流
室６内を周回する。そして、図示しないクランクシャフ
トのクランク角がθ１に達し、渦流室６内の渦流状態と
なる空気の圧縮が所定圧力以上となったとき、燃焼噴射
ノズル９は燃料を渦流室６内の内壁に沿って噴射開始す
る。すると、燃料と渦流となる空気とが混合して混合気
となる。

【００１９】一方、前記クランクシャフトのクランク角
がθ１に達し、前記燃料噴射ノズル９が燃料の噴射を開
始したとき、制御装置１７は回動軸１５を回動してカム
１６を実線にて示す位置に停止させる。すると、カム１
６は図示しないスプリングの付勢力に抗してバルブ１４
を押圧する。そのため、バルブ１４の先端は実線にて示
す位置、つまり渦流室６内に突出して補助室１２と渦流
室６とを連通させる。

【００２０】この結果、補助室１２内に貯留されていた
高圧の燃焼ガスが渦流室６内に放出され、燃料噴射ノズ
ル９から噴射される燃料はこの高圧の燃焼ガスの作用に
より渦流室６の内面に付着することなく渦流となる。

【００２１】そして、ピストンＰが上死点に達する前
に、圧縮熱により混合気が着火して爆発する。この爆発
により燃焼ガスが生成され、渦流室６内及び補助室１２
内は高圧状態となる。又、本実施例においては、ピスト
ンＰの上死点に達した直後からその近傍、つまりクラン
クシャフトのクランク角がθ２からθ３までの間、渦流
室６内及び補助室１２内の圧力が最も最大となる。

【００２２】このとき、制御装置１７は回動軸１５を回
動してカム１６を二点鎖線にて示す位置に停止させる。
すると、バルブ１４の基端は図示しないスプリングの付
勢力によって二点鎖線にて示す位置に停止する。そし
て、バルブ１４の先端は二点鎖線にて示す位置に停止
し、このバルブ１４の動作により補助室１２と渦流室６
とが区画された状態となる。従って、補助室１２内には
高圧の燃焼ガスが再び貯留された状態となる。

【００２３】一方、混合気の爆発により燃焼ガス及び未
燃焼の混合気が渦流室６から区画部材４の噴孔７を介し
て主燃焼室１内に放出されて、前記ピストンＰを押し下
げる。又、クランクシャフトのクランク角がθ４となっ
た時点で前記燃料噴射ノズル９からの燃料の噴射が停止
される。又、未燃焼の混合気は主燃焼室１内で完全燃焼
される。そして、ピストンＰが下死点に達した後、該ピ
ストンＰは再び上昇して主燃焼室１内の燃焼ガスの排出
を行う。

【００２４】引き続き、ピストンＰの上昇により主燃焼
室１内の燃焼ガスが排出され、ピストンＰが上死点を通
過して降下すると空気を主燃焼室１内に吸引する。そし
て、ピストンＰが下死点を通過して上昇すると、主燃焼
室１内の空気を圧縮して上記と同様の動作を行う。

【００２５】従って、燃料噴射ノズル９から燃料の噴射
を開始するとき、バルブ１４が動作して補助室１２と渦
流室６とを連通状態とするため、補助室１２内に貯留さ
れた高圧となる燃焼ガスにより混合気が更に掻き回され
る。この結果、圧縮された空気と燃料とがよく混合され
るため、混合気を効率よく燃焼させることができる。

【００２６】又、補助室１２内に貯留された高圧となる
燃焼ガスの圧力により燃料噴射ノズル９から噴射された
燃料が渦流室６の内壁に付着することを防止することが
できる。この結果、燃料噴射ノズル９から噴射された燃
焼を完全燃焼させることができ、燃焼効率を向上させる
ことができる。そのため、不完全燃焼ガスの排出を抑制
することができる。

【００２７】更に、補助室１２から放出される高圧の燃
焼ガスの作用により燃料と空気との混合を効率よく行う
ことができるため、区画部材４における噴孔７の大きさ
を従来に比べて大きくすることができる。この結果、圧
縮された空気や燃焼ガスは噴孔７をスムーズに通過する
ため、エネルギー損失を小さくすることができる。

【００２８】本実施例においては、バルブ１４をカム１
６によって動作させたが、電磁ソレノイド等によって動
作させるように構成することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、燃
料が副燃焼室内に付着することを防止し、燃料と空気の
混合を助成するため、燃焼効率を向上させて不完全燃焼
ガスの排出を抑制することができる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの副燃焼室を
示す部分断面図である。

【図２】バルブの開閉タイミングを示すタイミングチャ
ート図である。

【図３】従来のディーゼルエンジンの副燃焼室を示す部
分断面図である。

【符号の説明】

１…主燃焼室、２…シリンダヘッド、６…副燃焼室とし
ての渦流室、７…噴孔、９…燃料噴射ノズル、１２…補
助室、１４…バルブ、Ｐ…ピストン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成された副燃焼室に
   対してピストンにより圧縮された主燃焼室の空気を噴射
   孔を介して供給し、前記副燃焼室内にてその空気に渦流
   を発生させるとともに、燃料噴射ノズルから噴射される
   燃料を前記渦流となる空気と混合させて混合気を生成
   し、その混合気を燃焼させる副燃焼室を備えた内燃機関
   において、 前記混合気の燃焼時に生成される高圧の燃焼ガスを貯留
   する補助室を副燃焼室と連通するように形成するととも
   に、前記補助室と副燃焼室とを区画するバルブを設け、
   前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されるとき、バルブ
   を動作させて補助室と副燃焼室とを連通し、補助室に貯
   留された高圧の燃焼ガスを副燃焼室に放出し、前記混合
   気の爆発により副燃焼室の圧力が高くなったとき、前記
   バルブを動作させて補助室と副燃焼室とを区画するよう
   にした副燃焼室を備える内燃機関における燃料燃焼方
   法。