JPH06336929A - 副室式遮熱エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、主室と副室とを連通する連絡孔を
シリンダ周辺方向に延ばし、シリンダ周辺領域から燃焼
させて空気利用率を向上させる副室式遮熱エンジンを提
供する。 【構成】 シリンダヘッド５に形成したキャビティ２３
にヘッドライナ２０を配置し、ヘッドライナ２０で主室
１を形成する。副室２を形成する副室部材１５をシリン
ダヘッド５とヘッドライナ２０に跨がってシリンダ中央
に配置する。主室１と副室２とを連通する連絡孔４は、
副室部材１５の側壁とヘッドライナ２０を貫通して形成
され、シリンダ周辺方向へ延びている。副室２から主室
１へ噴出する噴流はシリンダ周辺領域に短期間に直ちに
到達し、シリンダ周辺部から燃焼が中央部へ燃焼伝播
し、空気利用率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主室、副室及び該副
室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルを有する副室式遮熱
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、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、着火燃焼させている。

【０００３】従来、実開昭５３−２１２０５号公報に
は、ピストンヘッドに燃焼室を形成し、該燃焼室とシリ
ンダ周辺とを連通するスワール生成用の孔をピストンヘ
ッドに形成したものが開示されている。

【０００４】また、シリンダヘッドに形成した空気室
を、シリンダヘッドに形成した補助通路で連通するディ
ーゼルエンジンが、実開昭５９−１３５３２７号公報に
開示されている。

【０００５】また、本出願人は、副室式エンジンを開発
し、特願昭５−２７１２８号として先に出願した。該副
室式エンジンは、ヘッドライナを設けたシリンダヘッド
に副室を構成したものである。

【０００６】

【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％、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。

【０００７】ところで、副室式エンジンについては、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、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、噴
流は短期間に主室最外周即ちシリンダ周辺まで火炎、未
燃混合気等のガスが到達するため、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。

【０００８】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ほぼバア
径まで長くなり、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、主室での
燃料と空気との混合を促進するため連絡孔面積を小さく
すると、副室での渦流が強く成り過ぎて副室内での燃焼
が悪化する。

【０００９】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、シリンダ中央に位置する副室をシ
リンダヘッドに構成し、主室をヘッドライナのシリンダ
側に構成し、主室と副室とを連通する連絡孔をほぼシリ
ンダ中央軸を中心に周方向に隔置して複数設けると共
に、連絡孔をヘッドライナを貫通してシリンダ周辺方向
へ延びるように形成し、副室から火炎、未燃混合気等の
噴流が連絡孔を通じて主室のシリンダ周辺まで短期間に
到達させ、空気利用率を向上させる副室式遮熱エンジン
を提供することである。

【００１０】

【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、シリンダを備えているシリンダブロック、該シ
リンダブロックに固定したシリンダヘッド、該シリンダ
ヘッドに形成されたキャビティ内に配置されたヘッド下
面部とライナ上部とから成る遮熱構造の主室を形成する
ヘッドライナ、前記ヘッド下面部のほぼシリンダ中央に
配置された遮熱構造の副室、前記副室内に燃料を噴霧す
る燃料噴射ノズル、及び前記ヘッド下面部を貫通して前
記主室と前記副室とを連通するシリンダ周辺方向に傾斜
状態に伸び且つシリンダ中心軸を中心に周囲方向に隔置
して複数形成されている連絡孔から構成したことを特徴
とする副室式遮熱エンジンに関する。

【００１１】また、この副室式遮熱エンジンにおいて、
前記連絡孔は前記ヘッド下面部に形成したポート間に形
成されているものである。

【００１２】

【作用】この発明による副室式遮熱エンジンは、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
式遮熱エンジンは、シリンダヘッドに形成されたキャビ
ティ内に配置されたヘッド下面部とライナ上部とから成
るヘッドライナで遮熱構造の主室を形成し、前記ヘッド
下面部のほぼシリンダ軸中心上に形成された孔部に配置
された副室部材に遮熱構造の副室を形成し、前記主室と
前記副室を連通する連絡孔をシリンダ周辺方向に伸びる
ように前記副室部材と前記ヘッド下面部とを貫通すると
共に、シリンダ中心軸を中心に周囲方向に隔置して複数
形成したので、前記副室から前記主室への噴き出す火
炎、未燃混合気等の噴流はシリンダ周辺に短期間に直ち
に到達し、前記主室での燃焼をシリンダ周辺から進行さ
せ、シリンダ内部へと燃焼伝播させることができる。

【００１３】即ち、この副室式遮熱エンジンについて、
シリンダ周辺部ではシリンダ中央部に比較して容積が大
きく空気量が多いので、前記副室からの噴流をシリンダ
周辺方向に噴出すると、前記主室に存在する新気を有効
に利用でき、燃焼した空気は高温になって比重が軽くな
り、燃焼ガスは前記主室に形成されるスワール流によっ
てシリンダ中央部へ集まり、逆にシリンダ中央部の燃焼
に用いられていない低温空気は遠心力でシリンダ周辺側
へ移動する。従って、シリンダ内の空気は有効に利用さ
れ、空気利用率を向上させると共に、燃焼期間を短縮し
て熱効率を向上でき、カーボン、スモーク等のパティキ
ュレートの発生を抑制して、燃費を低減してエンジン性
能を向上させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式遮熱エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明に
よる副室式遮熱エンジンの一実施例を示し且つ図２の線
Ａ−Ａにおける断面図、及び図２は図１の線Ｂ−Ｂにお
ける断面図である。

【００１５】この副室式遮熱エンジンは、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１９が形成され、孔部１９にはシリ
ンダ３の一部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、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。

【００１６】この副室式遮熱エンジンでは、シリンダヘ
ッド５に形成されたキャビティ２３には、断熱空気層１
２と断熱ガスケット１４から成る断熱層を介してヘッド
ライナ２０が配置されている。ヘッドライナ２０は、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ 等のセラミックスからライナ上部２２とヘッド
下面部２１とが一体構造に作製され、遮熱構造の主室１
を構成している。また、ライナ上部２２の下端面は、シ
リンダライナ１３の端面に当接してシリンダ３の一部を
形成する。また、ヘッド下面部２１には、ポート１７に
連通するポート１１が形成されている。ポート１１に
は、バルブ１８が配置されるバルブシートが形成されて
いる。

【００１７】また、副室２を形成する副室部材１５は、
ヘッドライナ２０のほぼシリンダ中央の位置に形成され
た嵌合孔９に嵌合され、また、副室部材１５の上部はシ
リンダヘッド５に形成した穴部２５に嵌合している。副
室部材１５をヘッドライナ２０の嵌合孔９に嵌合するこ
とによって、副室２の高温部は遮熱構造に構成される。
場合によっては、副室部材１５は、ヘッドライナ２０の
ヘッド下面部２１と一体構造に構成することもできるも
のである。また、図示していないが、副室部材１５の上
部をシリンダヘッド５に形成した穴部２５に遮熱層を介
して配置することによって、副室２の遮熱度を更に向上
させることができる。副室部材１５には貫通孔２７が形
成され、該貫通孔２７には燃料噴射ノズル１０が貫通し
て配置され、燃料噴射ノズル１０の多噴孔２４が副室２
に開口し、副室２内に燃料噴射するように構成されてい
る。

【００１８】この副室式遮熱エンジンは、特に、主室１
と副室２とを連通する連絡孔４に特徴を有するものであ
る。連絡孔４は、副室部材１５のヘッド下面部を構成す
る部分とヘッド下面部２１とを貫通してシリンダ周辺方
向に伸び、シリンダ中心軸の周囲方向に隔置して複数形
成されている。即ち、連絡孔４は、副室部材１５の側壁
に形成された貫通孔２６とヘッド下面部２１に形成され
た貫通孔７とを連通した通路であり、副室２とシリンダ
周辺部との間で傾斜状態に伸びている。連絡孔４は、例
えば、図２に示すように、ポート１１間に２個ずつ形成
され、合計で８個形成されている。

【００１９】更に、この副室式エンジンでは、副燃焼室
２における混合気を生成し、副燃焼室２から連絡孔４を
通じて主燃焼室１へ噴出する噴流を活かすために、副燃
焼室２のサイズがシリンダ軸方向に垂直な方向の径Ｄと
シリンダ軸方向の高さＨとの比Ｄ／Ｈを適正化すること
が好ましいものである。この副室式エンジンでは、シリ
ンダ軸方向に垂直な方向の径Ｄとシリンダ軸方向の高さ
Ｈとの比Ｄ／Ｈが１．６〜２．２に設定されることが好
ましい。副燃焼室２のシリンダ軸方向に垂直な方向の径
Ｄとシリンダ軸方向の高さＨとの比Ｄ／Ｈを上記設定値
にすると、燃料と空気との混合をスワールと燃料噴射の
運動エネルギーとを活かして促進でき、吸入効率を低下
させないで、副燃焼室２から主燃焼室１への噴霧のペネ
トレーションを確保できる。

【００２０】即ち、この副室式エンジンは、副燃焼室２
における混合気を生成するのに、副燃焼室２に形成され
たスワールに対し、副燃焼室中央に配置された燃料噴射
ノズル１０の多噴孔２４から燃料を噴射する。燃料噴霧
の運動エネルギーを混合に利用する場合には、噴霧のペ
ネトレーションを有効に利用するだけの副燃焼室２の壁
面と多噴孔２４との間の適正な距離が必要になる。噴霧
のペネトレーションを確保できるだけの副燃焼室２の直
径Ｄが大きくなることが必要である。これに対して、副
燃焼室２内に形成されるスワール比について考慮する
と、副燃焼室２の直径Ｄが小径であり、同一のスワール
比とすると、副燃焼室２内の空気の運動エネルギーは、
小さくなり、空気と燃料の混合エネルギーとしては小さ
くなり過ぎることになる。これに対して、副燃焼室２の
直径Ｄを大きくすると、吸排気弁１８及び吸排気ポート
１１，１７のサイズが小さくなり、吸入効率及び排気効
率が低下する。上記の２つの現象を考慮して、副燃焼室
２の直径Ｄと高さＨとの比Ｄ／Ｈを適正に選定すると、
Ｄ／Ｈは約１．６〜２．２の範囲に選定することが有効
である。

【００２１】この副室式遮熱エンジンは、上記のよう
に、主室１と副室２を連通する連絡孔４が形成されてい
るので、次のように作用する。即ち、燃料噴射ノズル１
０の多噴孔２４からの噴霧燃料と複数の連絡孔４を通じ
て副室２へ導入される吸入空気とは、混合を促進して均
一化して着火燃焼され、高当量比即ち燃料リッチで燃焼
して、ＮＯ_X の発生を低減することができ、連絡孔４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。

【００２２】次いで、副室２内の火炎、未燃混合気等の
噴流はシリンダ周辺方向へ延びる連絡孔４を通ってペネ
トレーションが強化されて主室２へ噴出され、シリンダ
３の周辺領域へ短期間に直ちに到達させることができ、
主室１に残存している吸気スワールＩＳに乗せて良好に
混合を促進し、主室１での燃焼をシリンダ周辺領域から
進行させ、シリンダ中央部へと燃焼伝播させることがで
きる。しかも、シリンダ周辺部ではシリンダ中央部に比
較して容積が大きく空気量が多いので、副室２からの噴
流をシリンダ周辺に噴出すると、主室１に存在する新気
を有効に利用でき、燃焼した空気は高温になって比重が
軽くなり、燃焼ガスは主室１に形成されているスワール
流によってシリンダ中央部へ集まり、逆に、シリンダ中
央部の燃焼に用いられていない低温空気は遠心力でシリ
ンダ周辺側へ移動する。

【００２３】従って、この副室式遮熱エンジンは、シリ
ンダ３内の空気を有効に利用して空気利用率を向上させ
ると共に、連絡孔４を複数個形成しているのでトータル
として連絡孔４の通路面積を大きくでき、絞り損失を低
減でき、燃焼期間を短縮して熱効率を向上でき、燃費を
向上させ、ＨＣ、スモーク、ＮＯ_X 等の発生を低減する
ことができエンジン性能を向上させることができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明による副室式遮熱エンジンは、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。この副室式遮熱エンジンは、シリンダヘッドに形成
されたキャビティ内に配置されたヘッド下面部とライナ
上部とから成るヘッドライナで遮熱構造の主室を形成
し、前記ヘッド下面部のほぼシリンダ軸中心上に形成さ
れた遮熱構造の副室を形成し、前記主室と前記副室を連
通する複数の連絡孔がシリンダ周辺方向に伸びるように
前記ヘッド下面部を貫通すると共に、シリンダ中心軸を
中心に周囲方向に隔置して形成されているので、前記副
室から前記主室への噴き出す火炎、未燃混合気等の噴流
はシリンダ周辺まで短期間に直ちに到達し、前記主室で
の燃焼をシリンダ周辺から進行させ、内部へと燃焼伝播
させることができる。

【００２５】即ち、この副室式遮熱エンジンについて、
シリンダ周辺部ではシリンダ中央部に比較して容積が大
きく空気量が多いので、前記副室からの噴流をシリンダ
周辺に噴出すると、前記主室に存在する新気を有効に利
用でき、しかも前記主室に残存する吸気スワールを活か
して燃焼し、燃焼したガスは高温になって比重が軽くな
り、燃焼ガスは前記主室に形成されるスワール流によっ
てシリンダ中央部へ集まり、逆に、シリンダ中央部の燃
焼に用いられていない低温空気は遠心力でシリンダ周辺
側へ移動する。従って、シリンダ内の空気は燃焼に有効
に利用され、空気利用率をアップさせて燃焼期間を短縮
し、熱効率を向上させ、カーボン、スモーク等のパティ
キュレートの発生を抑制してエンジン性能を向上させる
ことができる。

【００２６】また、前記連絡孔を複数個形成することに
よって、前記主室から前記副室への流入空気は連絡孔の
効果によって前記副室にオーバスワールにならない適正
な渦流を形成させることができ、燃料噴射ノズルからの
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均一化して促進させ燃
料リッチで燃焼させてＮＯ_X の発生を抑制する。また、
膨張行程で火炎、未燃混合気等のガスを前記副室から前
記主室へ噴き出させる時に、前記主室には、前記連絡孔
を通って強力な噴出エネルギーを有する強力な噴流を形
成させ、ペネトレーションを増強して前記主室の周辺領
域への到達期間を短縮して空気利用率を向上させ、前記
主室に残存する吸気スワールに乗せて新気との混合を促
進させ、燃焼スピードを短縮し、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式遮熱エンジンの一実施例
を示し且つ図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図２】図１の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

【符号の説明】

１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダ ４ 連絡孔 ５ シリンダヘッド ６ シリンダブロック ７，２６ 貫通孔（連絡孔） １０ 燃料噴射ノズル １１，１７ ポート １２ 遮熱空気層 １３ シリンダライナ １５ 副室部材 １８ バルブ ２０ ヘッドライナ ２１ ヘッド下面部 ２２ ライナ上部 ２３ キャビティ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダを備えているシリンダブロッ
   ク、該シリンダブロックに固定したシリンダヘッド、該
   シリンダヘッドに形成されたキャビティ内に配置された
   ヘッド下面部とライナ上部とから成る遮熱構造の主室を
   形成するヘッドライナ、前記ヘッド下面部のほぼシリン
   ダ中央に配置された遮熱構造の副室、前記副室内に燃料
   を噴霧する燃料噴射ノズル、及び前記ヘッド下面部を貫
   通して前記主室と前記副室とを連通するシリンダ周辺方
   向に傾斜状態に伸び且つシリンダ中心軸を中心に周囲方
   向に隔置して複数形成されている連絡孔から構成したこ
   とを特徴とする副室式遮熱エンジン。
2. 【請求項２】 前記連絡孔は前記ヘッド下面部に形成し
   たポート間に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の副室式遮熱エンジン。