JPH06307246A

JPH06307246A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH06307246A
Application number: JP11920693A
Authority: JP
Inventors: Kohei Yamaishi; 興平山石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、副燃焼室から主燃焼室への火炎等
のガスを周方向に均一に拡散させ、主燃焼室での燃焼ス
ピードを短縮して熱効率を向上させる副室式エンジンを
提供する。【構成】この副室式エンジンは、シリンダヘッドに配
置した副室部材１５で副燃焼室２を形成し、ピストン８
をペントルーフ型に傾斜したピストン頂面１１に形成す
る。主燃焼室１と副燃焼室２とを連通する複数の連絡孔
４Ｌ，４Ｓが副室部材１５に形成され、シリンダ中心軸
Ｏに対する連絡孔４Ｌ，４Ｓの傾斜角度は、ピストン頂
面１１の斜面に対する相対角度αがほぼ一定になるよう
に、シリンダ中心軸Ｏに対してそれぞれ異なった傾斜角
度に設定されている。

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
及び該副燃焼室に燃料を噴霧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、エンジンの燃焼改善を目的として
渦流室を持つ副室式エンジンが開発されている。このよ
うな副室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した渦流
室即ち副燃焼室、該副燃焼室とシリンダ側に形成した主
燃焼室とを連通する連絡孔及び副燃焼室内に燃料を噴霧
する燃料噴射ノズルを有しており、連絡孔を通じて副燃
焼室に流入する渦流によって副燃焼室内に噴射された燃
料とで混合気を形成させている。

【０００３】従来、副室断熱エンジンの一例として、特
開平３−１４５５１５号公報に開示されたものがある。
該副室断熱エンジンは、シリンダヘッド下面部のシリン
ダ対向中央に配置した断熱構造の副室を構成するセラミ
ック製副室ブロック、前記副室に対して接線方向に前記
副室ブロックに形成し且つ前記副室を主燃焼室に分離箇
所で連通する複数個の連絡孔、及び前記副室の中央上部
に配置し且つホールノズルタイプの多噴孔を備えた燃料
噴射ノズルから構成したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、副室式エンジン
では、スワールチャンバタイプのもので、副室容積比を
５２〜５８％、連絡孔面積比を１．２〜１．６％程度
で、単噴孔ノズルで燃焼の最適化を図っている。副室式
燃焼室の燃料噴霧と空気との混合は、圧縮行程で圧縮さ
れた空気が絞りとなる連絡孔を通ることにより、空気の
流速が増し、これが混合気生成エネルギーとなり、燃料
噴霧との混合を促進していると考えられている。また、
膨張行程では副室での燃焼と連絡孔の絞り効果により、
燃焼ガスの副室から主室への噴出エネルギーとなり、主
室での燃焼を促進していると考えられている。このよう
な副室式エンジンでは、燃焼に重要な混合気生成エネル
ギー、及び噴出エネルギーを連絡孔の絞りにより形成さ
れているため、連絡孔の通路面積を大きくすることがで
きず、そのためポンプ損失が大きく、また、混合気生成
を激しい空気流動により得ているために、副室内の熱伝
導率が大きく、冷却水損失が大きくなっている。

【０００５】ところで、主室と副室を連通する連絡孔を
副室壁面の接線方向に角度を持たせて設けることによ
り、副室内の空気流動が活発化し、更に着火後、主室へ
の火炎の噴出エネルギーの減衰がなく、短時間に主室最
外周に火炎が到達するため、空気利用率が向上し、有害
ガスの少ないクリーンな燃焼が可能で出力も向上する。
副室をシリンダ軸中心に配置した２０００ｃｃ程度の副
室式エンジンを、実際に設計することによりバルブのス
ペースが制限され、吸気効率を上げるためには、ペント
ルーフ型のピストンクラウンを用いざるを得ない。従来
の主燃焼室と副燃焼室とを連通する連絡孔を多連絡孔に
形成した場合に、各連絡孔の傾斜角度は全て均一に設定
されているため、ペントルーフ型ピストンと組み合わせ
た場合に、それぞれの連絡孔の出口の傾斜角度に対する
ピストン頂面の傾斜角度は一定でなく、ピストン頂面に
おける火炎、未燃混合気等のガスの拡がりも不均一にな
ってしまうという問題を有している。

【０００６】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、副燃焼室をシリンダヘッドに構成
し、主燃焼室をシリンダ側に形成し、主燃焼室と副燃焼
室とを連通する連絡孔を周方向に複数設けると共に、ピ
ストンをペントルーフ型に構成してピストン頂面を傾斜
させ、副燃焼室で燃焼して圧力を上昇させた火炎、未燃
混合気等のガスの噴出角度をピストン頂面に対して相対
角度をほぼ同一にするように連絡孔のシリンダ中心軸に
対する傾斜角度をそれぞれ異なって設定し、連絡孔から
の噴流を主燃焼室に均一に拡散させ、空気利用率を向上
させ、主燃焼室での燃焼スピードを短縮して燃焼を良好
にし、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X等の発生を抑制して熱効
率を向上させる副室式エンジン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、シリンダ側に形成された主燃焼室、シリンダ軸
中心上のシリンダヘッドに配置された副燃焼室、前記主
燃焼室と前記副燃焼室を連通する複数の連絡孔及び前記
副燃焼室内に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルを有する副
室式エンジンにおいて、ピストンはペントルーフ型に傾
斜したピストン頂面に形成され、ピストン中心軸に対す
る前記連絡孔の傾斜角度はピストン頂面の斜面に対する
相対角度がほぼ一定になるようにシリンダ中心軸に対し
て異なった傾斜角度にそれぞれ設定されていることを特
徴とする副室式エンジンに関する。

【０００８】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔は一気筒当たり少なくとも４個以上形成され且つ
前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴出方向が吸気スワ
ールと同一方向になる方向に傾斜しているものである。

【０００９】

【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、次のように作用する。即ち、この副室式エ
ンジンは、ピストンはペントルーフ型に傾斜したピスト
ン頂面に形成され、ピストン中心軸に対する前記連絡孔
の傾斜角度がピストン頂面の斜面に対する相対角度がほ
ぼ一定になるように設定されているので、副燃焼室から
連絡孔を通って主燃焼室へ噴出する火炎と混合気はピス
トン頂面に沿って主燃焼室内に均一に拡散し、空気利用
率を向上させて主燃焼室内の新気と均一に混合され、燃
焼スピードを短縮して燃焼を完結し、熱効率を向上させ
ることができ、しかも燃焼の均一化によってスモーク、
パティキュレート等の発生を抑制することができる。

【００１０】しかも、前記連絡孔は一気筒当たり少なく
とも４個以上形成され且つ前記副燃焼室から前記主燃焼
室への噴出方向が吸気スワールと同一方向になるように
傾斜しているので、前記副燃焼室から前記主燃焼室への
噴出火炎と未燃混合気とのガスは主燃焼室に残存してい
る吸気スワールを有効に利用でき、主燃焼室での混合を
促進できる。

【００１１】また、この副室式エンジンでは、前記副燃
焼室がシリンダ中央に位置し、前記連絡孔はシリンダ中
心から離れた周方向に前記主燃焼室に開口しているの
で、前記主燃焼室では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、
副燃焼室からの噴流の到達距離が短くて済むため、前記
連絡孔を複数形成してトータル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、燃焼火炎と未燃混合気は主燃焼室内に存在するピ
ストン周辺の新気と混合を促進して燃焼スピードをアッ
プする。従って、主燃焼室でのＨＣ、スモーク等の発生
を抑制して燃焼を完結する。

【００１２】

【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
副室式エンジンの線Ａ−Ａにおける断面図、図３は図１
の副室式エンジンの線Ｂ−Ｂにおける断面図、及び図４
はピストンヘッドのピストン頂面を説明する斜視図であ
る。なお、図１では副室部材１５に対するハッチング
は、説明を明確にするため省略されている。

【００１３】この副室式エンジンは、シリンダブロック
６にガスケット１６を介在して固定されたシリンダヘッ
ド５を有し、シリンダブロック６にはエンジンの気筒数
に対応する孔部が形成され、孔部にはシリンダ３を形成
するシリンダライナ１３が嵌合されている。シリンダヘ
ッド５は、図４に示すように、ペントルーフ型に傾斜し
たシリンダヘッド下面１２を有し、吸排気弁１８を配置
した吸排気ポート１７が形成されている。シリンダライ
ナ１３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１２とピストン頂面１１との間のシリン
ダ３側に形成されている。また、副燃焼室２は、シリン
ダ中心軸Ｏ上の位置になるように、シリンダヘッド５に
形成された穴部に配置された副室部材１５で構成されて
いる。燃料噴射ノズル１０は、副燃焼室２内に燃料噴射
するように、シリンダヘッド５に配置された副室部材１
５を貫通し、その多噴孔７を副燃焼室２内に開口してい
る。

【００１４】この副室式エンジンにおいて、特に、主燃
焼室１と副燃焼室２とを連通する連絡孔４Ｌ，４Ｓが副
室部材１５に少なくとも４個以上傾斜状態に形成され、
ピストン８はペントルーフ型に傾斜したピストン頂面１
１に形成され、ピストン中心軸Ｏに対する連絡孔４Ｌ，
４Ｓの傾斜角度Ｘ（図では、Ｘ₁，Ｘ₂で示されてい
る）はペントルーフ型のピストン頂面１１の斜面に対す
る相対角度αがほぼ一定になるようにそれぞれ設定され
ている。しかも、連絡孔４Ｌ，４Ｓは、副燃焼室２から
主燃焼室１への噴出方向が吸気スワールと同方向になる
方向に傾斜されており、従って、主燃焼室１から副燃焼
室２へ流入する吸入空気が副燃焼室２内で形成するスワ
ール流の方向は吸気スワールと逆方向に形成されること
になる。

【００１５】即ち、図２に示すように、図１の線Ａ−Ａ
における断面では、ピストン頂面１１の傾斜は大きく、
ピストン中心軸Ｏ（即ち、シリンダ径に垂直方向）に対
する傾斜角度Ｙ₁は大きく形成されており、従って、そ
の領域（図４の符号Ａで示す面）に形成される連絡孔４
Ｌは、シリンダ中心軸Ｏに対するその傾斜角度Ｘ₁は小
さく形成されている。連絡孔４Ｌの形成方向は、ピスト
ン頂面１１に対しては図４において符号Ａで示す方向即
ち面上である。

【００１６】また、図３に示すように、図１の線Ｂ−Ｂ
における断面では、ピストン頂面１１の傾斜は小さく、
ピストン中心軸Ｏに対する傾斜角度Ｙ₂は小さく形成さ
れており、従って、その領域（図４の符号Ｂで示す面）
に形成される連絡孔４Ｓは、シリンダ中心軸Ｏに対する
その傾斜角度Ｘ₂は大きく形成されている。連絡孔４Ｓ
の形成方向は、ピストン頂面１１に対しては図４におい
て符号Ｂで示す方向即ち面上である。

【００１７】従って、この副室式エンジンでは、連絡孔
４Ｌ，４Ｓの傾斜角度Ｘ₁，Ｘ₂を、シリンダ中心軸Ｏ
に対してピストン頂面１１の斜面に対応させて異なった
傾斜角度に変化させることによって、ピストン頂面１１
に対する相対角度αをほぼ一定に構成することができ
る。即ち、連絡孔４Ｌは、α＝１８０°−（１８０°−
Ｙ₁）−Ｘ₁＝Ｙ₁−Ｘ₁である。また、連絡孔４Ｓ
は、α＝１８０°−（１８０°−Ｙ₂）−Ｘ₂＝Ｙ₂−
Ｘ₂である。従って、連絡孔４Ｌ，４Ｓのピストン頂面
１１に対する相対角度αはほぼ一定に形成することがで
きる。

【００１８】この副室式エンジンにおいて、副燃焼室２
内で旋回流を形成するため、副室部材１５には副燃焼室
２の中心軸Ｏからオフセットした方向に伸び、言い換え
れば、副燃焼室壁面の接線方向に伸び、副燃焼室２の壁
面に周方向に互いに隔置して複数個の連絡孔４Ｌ（図１
では２個）と連絡孔４Ｓ（図１では４個）が形成されて
いる。この副室式エンジンにおいて、連絡孔４Ｌ，４Ｓ
を上記のような傾斜角度で形成することによって、副燃
焼室２から連絡孔４Ｌ，４Ｓを通じて主燃焼室１に噴出
される火炎、未燃混合気等のガスは、ピストン頂面１１
に沿って主燃焼室１に噴き出され、主燃焼室１で均一に
拡散されることになり、空気利用率を向上し、主燃焼室
１内の新気と均一に混合され、燃焼スピードを短縮して
燃焼を完結し、熱効率を向上させることができ、しかも
燃焼の均一化によってスモーク、パティキュレート等の
発生を抑制することができる。

【００１９】この副室式エンジンは、上記のように構成
されているので、圧縮行程中に主燃焼室１から連絡孔４
Ｌ，４Ｓを通じて副燃焼室２内へ流入する吸入空気は、
連絡孔４Ｌ，４Ｓの傾斜方向の効果により主燃焼室１の
吸気スワールとは逆方向のスワール流を副燃焼室２に形
成する。圧縮行程終端近傍で燃料噴射ノズル１０の多噴
孔７から燃料が副燃焼室２に噴射されて着火燃焼し、爆
発行程即ち膨張行程では、副燃焼室２から主燃焼室１へ
と噴出する火炎、未燃混合気等のガスは、連絡孔４Ｌ，
４Ｓの相対角度αの効果によって、主燃焼室１の半径方
向に近いベクトルを有し、主燃焼室１に残存している吸
気スワール即ち新気と同方向に噴出するため、主燃焼室
１の周辺付近へと短期に均一に到達させることができ
る。しかも、この時、各連絡孔４Ｌ，４Ｓの噴出方向は
主燃焼室１の斜面に対して全て同方向になっているた
め、主燃焼室１内での火炎、未燃混合気等のガスの拡が
りは周方向で均一化され、良好な混合と燃焼が達成され
る。

【００２０】即ち、この副室式エンジンは、連絡孔４
Ｌ，４Ｓを上記のように副燃焼室中心軸Ｏからオフセッ
トさせ、圧縮行程で副燃焼室２に流入する空気流により
副燃焼室２内に最適の渦流を発生させ、燃料噴射ノズル
１０から噴射される燃料噴霧と空気との混合を促進さ
せ、副燃焼室２内で部分的に燃焼したガスが副燃焼室２
内で圧力上昇する結果、副燃焼室２から連絡孔４Ｌ，４
Ｓを通じて主燃焼室１へ火炎と混合気とのガスが高い流
出速度で且つピストン頂面１１に沿って全方向に均一に
噴出し、主燃焼室１内に存在する新気との混合を促進し
て燃焼を短期に完結することになる。また、この副室式
エンジンでは、個々の連絡孔４Ｌ，４Ｕの通路面積を小
さく形成することができ、個々の連絡孔４Ｌ，４Ｕの通
路面積を小さく絞れば絞るほど、主燃焼室１での混合は
促進されることになる。

【００２１】この副室式エンジンでは、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、連絡孔４Ｌ，４Ｓ
を複数設けてトータルの連絡孔通路面積を大きくして絞
り損失を低減し、熱効率を向上させることができる。ま
た、副燃焼室２から主燃焼室１への噴出エネルギーは連
絡孔４Ｌ，４Ｓの通路面積を小さく形成して絞り込ん
で、主燃焼室１の周辺まで短期に噴出させ、噴流のペネ
トレーションが良好になり、主燃焼室１の新気と噴流と
の混合が促進して二次燃焼即ち再燃焼を行わせることが
できる。しかも、連絡孔４Ｌ，４Ｓの通路面積をトータ
ルとして大きくでき、副燃焼室２からの噴流と主燃焼室
１に存在する新気との混合を促進するため、連絡孔４
Ｌ，４Ｓをシリンダヘッド下面１２のシリンダ中心軸か
ら離れた周辺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４Ｌ，４Ｓから噴出される噴流によっ
て主燃焼室１に存在する吸気スワールに乗って良好に且
つ短期間に混合を行わせることができ、ＨＣ、スモー
ク、ＮＯ_X等の発生を低減する。

【００２２】

【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。こ
の副室式エンジンは、ピストンはペントルーフ型に傾斜
したピストン頂面に形成され、ピストン中心軸に対する
前記連絡孔の傾斜角度はピストン頂面の斜面に対する相
対角度がほぼ一定になるように設定されているので、副
燃焼室からシリンダへ連絡孔を通じて主燃焼室へ噴出す
る火炎、未燃混合気等のガスはピストン頂面に沿って周
方向に均一に拡散され、該拡散ガスは主燃焼室内の新気
と均一に混合を促進し、しかも、主燃焼室に残存する吸
気スワールを有効に利用して混合を促進でき、燃焼スピ
ードをアップして燃焼を短期に完結することができ、熱
効率を向上できる。

【００２３】従って、この副室式エンジンでは、副燃焼
室で燃焼が良好に行われ、燃料リッチで燃焼させてＮＯ
_Xの発生を抑制できる。また、前記副燃焼室から前記主
燃焼室への噴出エネルギーを絞って有効に増強すること
ができ、前記副燃焼室から前記主燃焼室へ大きな噴出エ
ネルギーを与えることができるので、噴出時の速度を増
大させ、火炎、未燃混合気等のガスのペネトレーション
を増加させ、前記主燃焼室での新気との混合を促進で
き、前記主燃焼室内での燃焼スピードを促進して即ち燃
焼スピードを短縮して燃焼を短期に完結し、スモーク、
パティキュレート、ＨＣ、ＮＯ_X等の発生を低減して、
熱効率を向上できる。

【００２４】また、副燃焼室がシリンダの中央に位置
し、主燃焼室における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燃焼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。

【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の副室式エンジンの線Ａ−Ａにおける断面
図である。

【図３】図１の副室式エンジンの線Ｂ−Ｂにおける断面
図である。

【図４】ピストンヘッドのピストン頂面を説明する斜視
図である。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室３シリンダ４Ｌ，４Ｓ連絡孔５シリンダヘッド７多噴孔８ピストン１０燃料噴射ノズル１１ペントルーフ型のピストン頂面１２ペントルーフ型のシリンダヘッド下面１５副室部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側に形成された主燃焼室、シリ
ンダ軸中心上のシリンダヘッドに配置された副燃焼室、
前記主燃焼室と前記副燃焼室を連通する複数の連絡孔及
び前記副燃焼室内に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルを有
する副室式エンジンにおいて、ピストンはペントルーフ
型に傾斜したピストン頂面に形成され、ピストン中心軸
に対する前記連絡孔の傾斜角度はピストン頂面の斜面に
対する相対角度がほぼ一定になるようにシリンダ中心軸
に対して異なった傾斜角度にそれぞれ設定されているこ
とを特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】前記連絡孔は一気筒当たり少なくとも４
個以上形成され且つ前記副燃焼室から前記主燃焼室への
噴出方向が吸気スワールと同一方向になる方向に傾斜し
ていることを特徴とする請求項１に記載の副室式エンジ
ン。