JPH063135B2 - スパークアシストデイーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスパークアシストディーゼル機関の燃料室に関
する。

［従来の技術］ 一般に、ディーゼル機関等のように燃料室内に直接燃料
油を噴射して燃焼させるような機関では、吸気（圧縮さ
れる空気）と噴射燃料油との混合を良好にすることが燃
焼性向上のための条件となる。しかし、これは上記機関
の燃焼室に噴射される燃料油が軽油等のようにセタン価
が高いものに限られていた。即ち、ガソリン、アルコー
ル等の低セタン価・揮発性燃料油を使用した場合には、
燃焼室に噴射されると同時に気化拡散されるために、燃
料室内にスパークプラグ等の強制的な点火によって着火
し、火炎伝播できる濃度の混合気を生成することが困難
だった。したがって燃料噴射量を増量せざるを得なくな
り、燃費、出力の観点から好ましくなかった。この一対
策として吸気を絞ることが考えられるが、吸気を絞るこ
とによる機関のポンピングロスが増加するため、直接噴
射式のものでは採用されていなかった。

そこで、本出願人は上記問題点を解消するために先に内
燃機関の燃焼室（特願昭60−106944号公報）の提案を行
なっている。

第６図に示すこの提案は、ピストン頂部１を窪ませて互
いに連通する主燃焼室２と副燃焼室３とを並設してそれ
ら各々の燃焼室２，３内に臨んで燃料油を噴出する燃料
噴射ノズル５ａを設けると共に、上記副燃焼室３内に上
記燃料油に点火される点火プラグ１４ａを設けて内燃機
関の燃焼室を構成するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の提案は、軽負荷時にはスワールと共に閉じ込めら
れた副燃焼室内の混合気を点火プラグによって着火燃焼
させ、中・高負荷時には副燃焼室内の火炎をバンク部を
介して主燃焼室内の混合気に火炎伝播させて安定した燃
焼を達成できるようにしたものである。

しかしながら、上記提案は、中高負荷時においてガソリ
ン機関に比較して出力が多少劣っていた。これは、主燃
焼室内に噴射される燃料油量に対して、燃料蒸気量の調
節と、その燃料蒸気と圧縮空気との混合が不充分である
ことから乗じるものである。そこで、主燃焼室内に高ス
ワールを生成すれば容易に解消できるが、そのための吸
入抵抗（スワールポート）の増大（吸入効率の低下）や
熱効率が低下するために、燃料油が軽油であっても燃
費、出力を低下させることになり好ましくなかった。

［発明の目的］ 本発明は上記種々の問題点を解消すべく創案されたもの
である。

本発明の目的は低セタン価・揮発性燃料を使用してガソ
リン機関なみの出力の性能を得ることができるスパーク
アシストディーゼル機関の燃焼室を提供することにあ
る。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成するために、ピストン頂部を深
く窪ませて設けられて主燃焼室と、該主燃焼室に相隣接
させてピストン頂部を浅く窪ませて設けられその容積が
上記主燃焼室に対して小さく形成された副燃焼室と、こ
れら副燃焼室と主燃焼室とを互いに区画する周側壁を半
径方向に開放させて設けられたバンク部と、該バンク部
に臨ませて設けられ上記主燃焼室及び副燃焼室内に低セ
タン価・揮発性燃料を供給する燃料噴射ノズルであっ
て、機関のあらゆる使用負荷時に副燃焼室の内壁に燃料
膜を形成すべく燃焼室の中心より外側の内壁へ向けてか
つスワールの順方向に微粒化燃料噴霧を噴出する副噴口
と中・高負荷時に主燃焼室の内壁に燃料膜を広範に生成
すべく主燃焼室の中心より外側でかつスワール下流側へ
順次間隔を隔てて上記微粒化燃料噴霧より燃料の粒子径
が大きい燃料噴霧を噴出する多数の主噴口を有する燃料
噴射ノズルと、上記副燃焼室に配設された着火手段とを
備えたものである。

つまり、本発明は、バンク部から主燃焼室及び副燃焼
室のそれぞれに燃料噴霧及び微粒化燃料噴霧を供給する
ことによって燃料噴射に関してスワールの影響を避け
る。低セタン価・揮発性燃料の主燃焼室への拡散（流
出）を抑える、燃料膜を形成することで低セタン価・
揮発性燃料の揮発を低く抑える、空燃比を適正にする
ために副燃焼室の容積を主燃焼室に対して小さくする、
中・高負荷に適した燃料の蒸気を生成できる広範な燃
料膜を主燃焼室の内壁に作るというものである。機関始
動時の安定燃焼と中高負荷時の急速燃焼を達成すると共
に、機関始動時を含むあらゆる使用負荷領域で出力及び
燃費を大幅に向上させようとするものである。

［実施例］ 以下本発明のスパークアシストディーゼル機関の燃焼室
の好適一実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図に示す１はピストン頂部であり、２は
主燃焼室、３は副燃焼室である。

図に示すようにピストン頂部１には、これより窪まされ
て主燃焼室２と副燃焼室３とが並設されており、それら
燃焼室２，３の上部が開放されて例えば水平断面が円形
断面を成して形成されている。

また主燃焼室２と副燃焼室３とは、互いの周側壁（内
壁）２ａ，３ａの一部が開放されて、バンク部４が形成
されている。主燃焼室２と副燃焼室３との容積比は、副
燃焼室３が主燃焼室２より小容積に形成されており、具
体的には、上記主燃焼室２の円形断面が副燃焼室３の円
形断面より大径に形成されている。

さて本発明のスパークアシストディーゼル機関の燃焼室
の特長とすることろは、軽油をはじめ、アルコール、ガ
ソリン等の低セタン価・揮発性燃料油を、機関始動時及
び針弁のリフトの極低速域を含むあらゆる使用負荷領域
で安定した急速燃焼を行なわしめ高出力・高燃費を達成
することにある。

そこで、上記主・副燃焼室２，３に燃料噴射ノズル５と
着火手段１４を以下の如く関係づけて構成する。

燃料噴射ノズル５は第３図にも示されるように針弁６を
昇降自在に収容するノズルボディ７の先端に、その針弁
６のスロットル部６ａが着座する弁座８を形成すると共
に、その弁座８より軸方向に隆起されてスロットル部６
ａにより開閉される燃料噴射室９を形成し、上記弁座８
に副噴口１０を開口すると共に、上記燃料噴射室９にそ
の周方向に間隔を有し、且つ燃料噴射室９の隆起方向に
間隔を有する位置を開口して複数の主噴口１３ａ…ｃを
設けて構成される。即ち、スロットル部６ａ上方には副
噴口１０が、スロットル部６ａ下方には複数の主噴口１
３ａ…ｃが形成され、針弁６のリフトが所定リフト値以
下で副噴口１０を開放し、そのリフト値を越えたときに
主噴口１３ａ…ｃも開放されるように構成されたピント
ークスタイプのものとなっている。また、副噴口１０の
噴口径は主噴口１３ａ…ｃの噴口径に対して極細径に形
成されており、副噴口１０からは微粒化燃料噴霧Ｆ_１が
噴出され、主噴口１３ａ…ｃからは燃料噴霧Ｆ_２…_４が
噴出される。従って副噴口１０は噴射方向の設定の確実
さを得るに対して主噴口１３ａ…ｃは主燃料室２に対し
て所定の貫徹力を得ることができるものである。

このように構成された燃料噴射ノズル５は第１図及び第
２図に示すように、シリンダヘッド（図示せず）に取り
付けられて、その燃料噴射室９側が上記バンク部４に臨
まされて配設されている。副噴口１０は、副燃焼室３の
略中央近傍を通って副燃焼室３の内壁３ａに臨ませられ
ており、複数の主噴口１３ａ…ｃは、主燃焼室２の内壁
２ａに且つスワールＳの順方向に順次臨ませられてい
る。

一方、副燃焼室３には、低セタン価・揮発性燃料油を着
火させるスパークプラグまたはグロープラグ等の着火手
段１４が配設され、そのプラグギャップまたは加熱部が
副噴口１０からの微粒化燃料噴霧Ｆ_１近傍にあるように
突出させている。

以下に本発明のスパークアシストディーゼル機関の燃焼
室の実施例の作用を添付図面に基づいて説明する。

機関が始動時の極低速域及び軽負荷時にあっては、第３
図に示す燃料噴射ノズル５の針弁６が供給燃料油圧に応
じてリフト方向に作動される。このリフトと同時に針弁
６のスロットル部６ａが弁座８より離れ副噴口１０を開
放する。このとき、スロットル部６ａの先端に形成され
るステム部１６は、針弁６が所定リフト値に達するまで
燃料噴射室９を開成するためのスロットル期間を形成す
る長さｌに規定される。したがって、第１図、第２図に
示すように、副燃焼室３内に微粒化燃料噴霧Ｆ_１が噴射
される。さらに第４図に示すようにこの微粒化燃料噴霧
Ｆ_１の一部は副燃焼室３の内壁３ａに衝突飛散されて更
に微粒化が促進されて圧縮空気の高熱によって瞬時に蒸
気化される。その残部は副燃焼室３の内壁３ａに沿って
スワールＳ方向に流れながら壁面蒸発される燃料膜Ｅ_１
として生成される。このとき上記した燃料蒸気は副燃焼
室３内の圧縮空気と混合して着火性・火炎伝播性の良い
適正濃度の混合気Ｇ_１として生成されて、これがスパー
クプラグ等の着火手段１４の着火（点火）がなされると
速やかに燃焼される。

中・高負荷時には、第３図に示すように、上記針弁６が
スロットル期間を越えるリフト値、即ち所定リフト値以
上となるため主噴口１３ａ…ｃも開放されて、主燃焼室
２内には燃料噴霧Ｆ_２…_４が噴出される。第２図、第３
図及び第５図に示すように、この燃料噴霧Ｆ_２…_４はス
ワールＳを横切りその一部が主燃焼室２の内壁に衝突す
ることで微粒化されて主燃焼室２内の圧縮空気に触れて
蒸発し、残部が内壁２ａに沿ってスワールＳ方向下流側
に流され次第に末広りとなって、燃料膜Ｅ_２として生成
される。

この燃料膜Ｅ_２は、その外面が壁熱によって蒸気化され
る。したがって、主燃焼室２内には、燃料蒸気が生成さ
れることになり、主燃焼室２内には燃料蒸気と圧縮空気
とが混合されて着火性の良い混合気Ｇ_２が均一に生成さ
れる。ゆえに主噴口１３ａ…ｃのスワールＳに対する噴
口方向、即ち主噴口相互の間隔及び夫々の主噴口１３ａ
…ｃの噴口径を適正に調節することにより適正濃度の混
合気Ｇ_１を生成することができる。

一方、副燃焼室３は上述の如く適正濃度の混合気Ｇ_１が
同時に生成されているため、スパークプラグ等の着火手
段１４の点火によって副燃焼室３から主燃焼室２への火
炎が伝播され、主・副燃焼室２，３の急速燃焼が達成さ
れる。

このように、機関始動時を含むあらゆる使用負荷領域で
低セタン価・揮発性燃料油を安定燃焼させると共に、ガ
ソリン機関と同等の機関出力向上と、ディーゼル機関の
高燃費を確立できる。また、主燃焼室２と副燃焼室３と
を区画するバンク部４の存在は、それぞれに噴射あれる
燃料噴霧Ｆ_１…_４の大半がスワールＳと共に閉じ込めら
れることから、主・副燃焼室２，３のそれぞれにおいて
燃焼温度が上昇し、青白煙及び燃焼未燃物Ｈｃを抑える
と共に、燃焼室内圧力急上昇のない急速燃焼を行なわし
めることによって、騒音レベルを大幅に低減させること
ができる。

尚、本実施例にあっては主噴口数が３となっているが、
これはスワールＳに対しての貫徹力を保持した上で、主
燃焼室２に対する燃料膜Ｅ_２の総面積、即ち蒸発面積か
ら設定されるものである。

［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のスパーク
アシストディーゼル機関の燃焼室によれば次のごとき優
れた効果を発揮できる。

(1)ガソリン・アルコール等の着火性の悪い低セタン価
・揮発性燃料油を始動時を含むあらゆる使用負荷領域で
安定燃焼させると共に、中・負荷時における出力を大幅
に向上できる。

(2)軽負荷時における直接噴射式ディーゼル機関と同等
の燃費とガソリン機関と同等の高出力とを得ることがで
きる。

(3)青白煙、燃焼未燃物（Ｈｃ）、騒音を大幅に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパークアシストディーゼル機関の燃
焼室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概略断面図、第４
図及び第５図は燃焼状態を示す概略図、第６図は従来の
内燃機関の燃焼室を示す図である。 図中、１はピストン頂部、２は主燃焼室、３は副燃焼
室、４はバンク部、５は燃料噴射ノズル、１０は副噴
口、１３は主噴口、１４は着火手段である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン頂部を深く窪ませて設けられた主
   燃焼室と、該主燃焼室に相隣接させてピストン頂部を浅
   く窪ませて設けられその容積が上記主燃焼室に対して小
   さく形成された副燃焼室と、これら副燃焼室と主燃焼室
   とを互いに区画する側壁を半径方向に開放させて設けら
   れたバンク部と、該バンク部に臨ませて設けられ上記主
   燃焼室及び副燃焼室内に低セタン価・揮発性燃料を供給
   する燃料噴射ノズルであって、機関のあらゆる使用負荷
   時に副燃焼室の内壁に燃料膜を形成すべく燃焼室の中心
   より外側の内壁へ向けてかつスワールの順方向に微粒化
   燃料噴霧を噴出する副噴口と中・高負荷時に主燃焼室の
   内壁に燃料膜を広範に生成すべく主燃料室の中心より外
   側でかつスワール下流側へ順次間隔を隔てて上記微粒子
   化燃料噴霧より燃料の粒子径が大きい燃料噴霧を噴出す
   る多数の主噴口を有する燃料噴射ノズルと、上記副燃焼
   室に配設された着火手段とを備えたことを特徴とするス
   パークアシストディーゼル機関の燃焼室。
2. 【請求項２】上記着火手段がスパークプラグから構成さ
   れた上記特許請求の範囲第１項記載のスパークアシスト
   ディーゼル機関の燃焼室。
3. 【請求項３】上記着火手段がグロープラグから構成され
   た上記特許請求の範囲第１項記載のスパークアシストデ
   ィーゼル機関の燃焼室。