JPH06317156A - 副室式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、副燃焼室内の渦流を弱くして燃料
噴射ノズルからの燃料を噴射させて混合を均一化して燃
焼の悪化を避け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、主燃焼室と
副燃焼室２とを連通する複数の連絡孔４Ｌ，４Ｕを異な
った傾斜角度でそれぞれ形成し、しかも連絡孔４Ｌ，４
Ｕの偏心方向を互いに逆側にして副燃焼室２内に形成さ
れる旋回流を逆方向に生成し、渦流の強さを弱くして燃
料と空気との混合を均一化して最適状態にし、副燃焼室
２内での燃焼の悪化することを避ける。

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】従来の副室式エンジン
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％、副室連絡孔面積比を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】また、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。

【０００６】ところが、副室に流入するときの空気流動
が強すぎる場合には、次のような悪影響が発生する。即
ち、副室内で生じるスワール流はオーバースワールの状
態となり、ＮＯ_X の排出量が増加することになる。ま
た、副室内の空気流動の速度が増加することにより、副
室壁面の熱伝導率が上昇し、壁面からの放熱が増加する
ことにより、出力が低下する。更に、副室内の空気流動
の速度が増加することにより、副室壁面の温度が上昇す
るため、圧縮温度が上昇し、着火遅れ時間が短縮され、
燃焼が悪化する。上記のことより、副室から主室へ噴出
する火炎のペネトレーションの増加と、副室内の燃焼の
悪化は、背反する関係になり、連絡孔の径は両者がバラ
ンスする寸法となり、最適な値はとれない。

【０００７】また、渦流室式エンジンでは、副室と主室
とを連通する連絡孔が小さいので、該連絡孔による絞り
損失が発生し、エンジン出力を低減する原因になる。一
般に、主室と副室とを連通する連絡孔は、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。特に、主燃焼室での混合促進の
ため連絡孔通路面積を小さくすると、副燃焼室での渦流
が強く成り過ぎて副燃焼室内での燃焼が悪化する。

【０００８】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、主
燃焼室から副燃焼室へ連絡孔を通じて流入して渦流を比
較的に弱い旋回流に形成し、該旋回流中に燃料噴射ノズ
ルからの燃料を噴射し、連絡孔通路面積を小さく形成し
ても燃料噴霧に対する渦流の強さが過大になるのを避
け、副燃焼室での燃料と空気との混合を均一化し燃焼を
良好にし、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X 等の発生を抑制する
副室式エンジンを提供することである。

【０００９】

【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、シリンダヘ
ッドに形成された副燃焼室、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、前記連絡孔の幾つかは前記副燃焼室内で一方向の
旋回流を形成し且つ残りは前記副燃焼室内で逆方向の旋
回流を形成するように、前記連絡孔は周方向に隔置して
前記副燃焼室の中心軸から互いに逆側にオフセットして
伸び且つシリンダヘッド下面側から前記副燃焼室側へ前
記副燃焼室の中心軸に対して所定の傾斜角度で傾斜して
それぞれ形成されていることを特徴とする副室式エンジ
ンに関する。

【００１０】また、この副室式エンジンにおいて、一方
向の旋回流を形成する前記連絡孔は前記副燃焼室内の下
部に旋回流を形成するように大きい傾斜角度で形成さ
れ、逆方向の旋回流を形成する前記連絡孔は前記副燃焼
室内の上部に旋回流を形成するように小さい傾斜角度で
形成されているものである。

【００１１】

【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、連絡孔の幾つかは副燃焼室内で一方向の旋回
流を形成し且つ残りは前記副燃焼室内で逆方向の旋回流
を形成するように、前記連絡孔は周方向に隔置して前記
副燃焼室中心から逆側にオフセット即ち偏心して伸び且
つシリンダヘッド下面側から前記副燃焼室の中央側へ前
記副燃焼室の中心軸に対して所定の傾斜角度で傾斜して
形成されているので、圧縮行程で副燃焼室内へ流入する
空気流により副燃焼室内に渦流を発生させるが、主燃焼
室から副燃焼室へ連絡孔を通じて流入して形成された旋
回流は逆方向であり、旋回流は互いに打ち消し合い、過
大になってオーバスワールになることがなく、副燃焼室
内に適正な渦流が形成され、その渦流に燃料噴射ノズル
からの燃料噴霧が噴射されて混合が均一化し、燃焼が悪
化することがない。

【００１２】従って、連絡孔通路面積を小さく形成して
も燃料噴霧に対する渦流の強さが適正になるので、個々
の連絡孔通路面積を小さくして、副燃焼室内で部分的に
燃焼したガスが燃焼による圧力上昇の結果、副燃焼室か
ら主燃焼室へ高い流出速度で噴出し、噴出した火炎、未
燃混合気等のガスは主燃焼室に存在する新気と混合が促
進され、燃焼を短期に完結することができ、スモーク等
の発生を抑制して熱効率を向上させる。

【００１３】また、一方向の旋回流を形成する前記連絡
孔は前記副燃焼室内の下部に旋回流を形成するように大
きい傾斜角度で形成され、逆方向の旋回流を形成する前
記連絡孔は前記副燃焼室内の上部に旋回流を形成するよ
うに小さい傾斜角度に形成されているので、副燃焼室内
に形成される旋回流が上下或いは上中下で互いに逆の旋
回流になり、渦流の強さが弱くなって適正な乱れを発生
させ、空気と燃料との混合を促進して混合を均一化し、
燃焼を良好にすることができる。

【００１４】この副室式エンジンにおいて、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
抑制して燃焼を短期に完結する。

【００１５】

【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、及び図３は
図１の副室式エンジンの線Ｂ−Ｂにおける断面図であ
る。

【００１６】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、例えば、ペントルーフタイプに傾斜した壁面
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、シリンダヘッド５に形成された穴
部に配置された副室部材１５に形成されている。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１５を貫通し、
その多噴孔７を副燃焼室２内に開口している。

【００１７】この副室式エンジンは、特に、主燃焼室１
と副燃焼室２を連通する連絡孔４Ｌ，４Ｕの傾斜角度α
が異なり且つ副燃焼室２の中心軸の逆側にオフセット即
ち偏心して伸びることによって、副燃焼室２内で異なっ
た領域で異なった方向の旋回流を形成することができ、
副燃焼室２内での渦流を過大にすることなく適正な渦流
を生成する複数の連絡孔４Ｌ，４Ｕが形成されているこ
とである。即ち、主燃焼室１と副燃焼室２とを連通する
ため、副室部材１５には副燃焼室２の中心軸Ｏから逆側
にオフセットして伸び且つ副燃焼室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４Ｕ（図１では２個）が形成されている。更に、
連絡孔４Ｌ，４Ｕは、それらの幾つかは副燃焼室２内で
一方向の旋回流を形成し且つ残りは副燃焼室２内の逆方
向の旋回流を形成するように、連絡孔４Ｌ，４Ｕは周方
向に隔置して副燃焼室２の中心軸Ｏからオフセットした
中央方向に伸び、シリンダヘッド下面１２側から副燃焼
室側２へその中心軸Ｏに対して所定の傾斜角度αで傾斜
してそれぞれ形成されている。

【００１８】更に、連絡孔４Ｌは、図２に示すように、
副燃焼室２内の下部で一方向の旋回流を形成するように
大きい傾斜角度αで形成されている。また、連絡孔４Ｕ
は、図３に示すように、副燃焼室２内の上部で逆方向の
旋回流を形成するように小さい傾斜角度αに形成されて
いる。副燃焼室２内に形成される渦流の強さは、主燃焼
室１内に形成されているスワール流が有するベクトルに
加えて、副燃焼室２の中心軸Ｏを外れる方向への連絡孔
４Ｌ，４Ｕの偏心量によってコントロールすることがで
きる。

【００１９】この副室式エンジンは、連絡孔４Ｌ，４Ｕ
を上記のようにオフセット即ち偏心させ、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均一化して促進させ、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，４Ｕを通じて主
燃焼室１へ火炎、未燃混合気等のガスが高い流出速度で
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させることになる。この副室式エン
ジンでは、連絡孔４Ｌ，４Ｕが上記のようにオフセット
即ち偏心し且つ傾斜しているので、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への噴出エネルギーを増強させ、主燃焼室１で
の混合は促進されることになる。

【００２０】この実施例では、図１に示すように、連絡
孔４Ｌを２個対向させ、連絡孔４Ｕを２個対向する状態
に形成しているが、別の実施例として、連絡孔を６個形
成することもできる。連絡孔を６個形成した場合には、
連絡孔を２個ずつ対向させて３組に構成し、各組の連絡
孔の副燃焼室２の中心軸Ｏに対する傾斜角度αを２種類
又は３種類に異なった角度に設定することができる。こ
の副室式エンジンを上記のように構成することによっ
て、圧縮行程で主燃焼室１から連絡孔を通じて副燃焼室
２に空気が流入することにより生じる渦流を、副燃焼室
２内の上下又は上中下の部分に発生させることができ、
しかも隣接する渦流の旋回方向を逆方向に生成させるこ
とによって、渦流の強さを最適状態にすることができ、
副燃焼室２内の空気の乱れを増大させることができる。

【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，４Ｕ
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，４Ｕ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，４Ｕ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，４Ｕをピストン頂面１１の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，４Ｕから
噴出される噴流によって主燃焼室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、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、連絡孔の幾つかは副燃焼室内で一
方向の旋回流を形成し且つ残りは副燃焼室内で逆方向の
旋回流を形成するように、前記連絡孔が一方向に隔置し
て前記副燃焼室の中心軸から互いに逆側にオフセットし
て伸び且つシリンダヘッド下面側から前記副燃焼室側へ
その中心軸に対して所定の傾斜角度で傾斜してそれぞれ
形成されているので、吸入空気を主燃焼室から副燃焼室
へ連絡孔を通じて流入させ、異なった方向に形成された
旋回流が比較的に弱い渦流になり、それため連絡孔通路
面積を小さく形成しても燃料噴霧に対する渦流の強さが
過大になるのを避けることができ、空気と燃料との混合
を促進して燃焼を良好にする。しかも、上記構成のよう
に、連絡孔通路面積を小さくしても副燃焼室での混合が
良好であるので、副燃焼室から主燃焼室へ吹き出す火炎
と混合気とは主燃焼室に存在する新気との混合を促進す
ることができる。

【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燃焼を短期に完結し、スモー
ク、ＨＣ、ＮＯ_X 等の発生を低減でき、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、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
ると共に、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。

【符号の説明】

１ 主燃焼室 ２ 副燃焼室 ３ シリンダ ４Ｌ，４Ｕ 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 ピストン頂面 １２ シリンダヘッド下面 １３ シリンダライナ １５ 副室部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ側に形成された主燃焼室、シリ
   ンダヘッドに形成された副燃焼室、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、前記連絡孔の幾つかは前記副燃焼室内で一
   方向の旋回流を形成し且つ残りは前記副燃焼室内で逆方
   向の旋回流を形成するように、前記連絡孔は周方向に隔
   置して前記副燃焼室の中心軸から互いに逆側にオフセッ
   トして伸び且つシリンダヘッド下面側から前記副燃焼室
   側へ前記副燃焼室の中心軸に対して所定の傾斜角度で傾
   斜してそれぞれ形成されていることを特徴とする副室式
   エンジン。
2. 【請求項２】 一方向の旋回流を形成する前記連絡孔は
   前記副燃焼室内の下部に旋回流を形成するように大きい
   傾斜角度で形成され、逆方向の旋回流を形成する前記連
   絡孔は前記副燃焼室内の上部に旋回流を形成するように
   小さい傾斜角度で形成され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。