JPH0640901Y2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は主燃焼室と、副室として渦流室とを有する内燃
機関に係り、特に燃料噴射ノズルからの噴射燃料油と空
気との混合比を適正に調節して、HC等の燃焼未燃物の発
生を抑え燃焼特性を向上できる内燃機関の燃焼室に関す
る。

［従来の技術］ 一般に燃焼室内に直接燃料油を噴射して効率の良い燃焼
を達成しようとする内燃機関の燃焼室としては、ピスト
ン頂部を深く球面状に窪ませた主燃焼室にスワールを生
成する一方、燃料噴射ノズルからの燃料噴霧を上記主燃
焼室に液膜として付着させ、その液膜の壁面蒸発量をス
ワールによって調整するMAN-M方式機関がある。

しかしながらＭ方式機関は、大気温度が低く且つ機関冷
却水温が低いような寒冷始動時や、燃焼室壁温が十分に
暖められていないアイドリング時にHC,青白煙を多大に
発生させる問題を残している。これは、上記の場合に燃
焼用空気に対する燃料の蒸発量が少なくなるためであ
り、また蒸発燃料がスワールによって旋回させられるた
めに燃焼室全体として混合気が非常に稀薄となるからで
ある。

この問題点を解消しようとする提案としては、燃料噴射
式内燃機関の燃焼室（実開昭57-33221号公報記載）があ
る。

この提案は第４図に示すように、シリンダヘッドａとピ
ストン頂部ｂに形成される渦流室c₁，c₂の空気導入口ｄ
を互いに対向させて連通する連絡孔ｅにて接続し、燃焼
噴射ノズルｆからの燃料噴霧の一部をピストン頂部ｂ側
の渦流室c₁に上記連絡孔ｅを介して噴射させる一方、残
部をシリンダヘッドａ側の渦流室c₂内に噴射させるよう
に構成されたものである。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記の提案は、ピストンの圧縮行程で夫々の渦流室に燃
焼用空気を押し込んでスワールを創生し、そのスワール
化された燃焼用空気に噴射燃料を混合させて空燃費を適
正にし、燃焼を良好にしようとするものである。

しかしながら、渦流室c₁，c₂を連絡孔ｅを介して対向さ
せることは、互いに押込まれる燃焼用空気の絞り損失が
単純に倍加されると共に、ピストン頂部側への燃焼ガス
の流入に際する熱損失が大きく燃費を低下させる原因と
なり得るばかりか、ピストン頂部側の渦流室内に噴射さ
れる燃料噴霧の拡散性（噴霧の噴射方向に対して末広が
る）が得られないことと、ピストン頂部側の渦流室への
噴射燃料がシリンダヘッド側の渦流室の燃焼エネルギに
て連通孔内で燃焼される可能性があり、燃費，出力上で
問題点を残している。

［考案の目的］ 本考案は上記問題点を解消すべく創案されたものであ
る。本考案の目的は、噴射されて蒸発される燃料油と空
気との混合を良好にし、且つ燃焼室容積に対する混合気
量を適正に調節して、HC等の燃焼未燃物の発生を抑える
と共に燃焼効率が良く燃焼騒音の低い内燃機関の燃焼室
を提供するにある。

［考案の概要］ 本考案は上記目的を達成するために、内壁を断熱層にて
区画形成した副室とピストン頂部を窪ませて形成した主
燃焼室とを空気導入通路を介して連通し、この空気導入
通路を分岐させて主燃焼室に燃料を案内する燃料通路を
形成すると共に、機関中・高負荷時に開口して燃料を噴
射する主噴口を上記燃料通路に、機関全負荷域で開口し
て燃料を噴射する副噴口を上記副室に、夫々臨ませて燃
料噴射ノズルを配設したもので、あらゆる使用負荷運転
領域で空気と噴射燃料との空燃比を適正に保って青白煙
・HCを抑え且つ燃費を向上させると共に、燃焼騒音を大
巾に低下させることのできる燃焼を得るものである。

［実施例］ 以下に本考案の内燃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図に示す１はシリンダヘッド、２はシリンダボデ
ィ、３はピストンである。

図示されるようにピストン頂部４には、その頂部４を基
準面として軸方向に深く球面状に窪ませられて主燃焼室
５が形成されており、この主燃焼室５の垂直断面は円形
の上部が截頭された断面形状となって、主燃焼室５の上
部開口縁は径方向内方に突出されたリップ部６を形成し
ている。

シリンダヘッド１内には上記主燃焼室５に対して燃焼室
容積の小さな渦流室７が形成されており、この副室たる
渦流室７の下部には、上記リップ部６近傍の主燃焼室５
を臨み、渦流室７内に燃焼用空気を案内するための空気
導入通路８が形成されている。ここで空気導入通路８の
軸芯は渦流室７の中心に対してオフセットされており、
渦流室７の壁面7aに沿うスワールS₁を生成するように形
成される。

シリンダヘッド１内には、第１図，第２図に示すよう
に、上記主燃焼室５内にスワール化した燃焼用空気を供
給するヘリカル状のスワールポート９が形成され、この
スワールポート９はシリンダヘッド１に対して往復動自
在な吸気バルブ10により開閉される。

さて、本考案の内燃機関の燃焼室の特長とするところ
は、あらゆる使用負荷運転時にあってもHC,青白煙の発
生を抑え、出力，燃費上で効率の良い燃焼を得ることに
ある。

そこで上記主燃焼室５と渦流室７の形状及びこれらに燃
料噴射ノズル，グロープラグ等の着火手段を以下の如く
関係づけて構成する。

第１図に示されるように、上記渦流室７及び空気導入通
路８には、その渦流室７の内壁7a及び空気導入通路８の
通路内壁8aを被い、渦流室７内を所定温度以上に維持す
る断熱層20が形成されている。断熱層20は例えばセラミ
ックなどの耐熱・断熱性に優れたものが採用され、形成
方法としては一体鋳造（鋳込み），溶射等によって行な
われる。燃料噴射ノズル11は、ノズルボディ12内にその
ノズルボディ12内の弁座（図示せず）に対して昇降自在
な針弁（図示せず）を収容し、上記弁座に副噴口13を開
口すると共に、ノズルボディ12先端に上記針弁が所定リ
フト値に達するまで閉じられ、そのリフト値を越えたと
きに開放される主噴口14を開口して構成されたピントー
形のものとなっている。このような燃料噴射ノズル11は
ノズルホルダ18に収容されてその噴口側が上記空気導入
通路８の略中間位置に、空気導入通路８内を臨んでシリ
ンダヘッド１内に配設されている。燃料噴射ノズル11の
副噴口13は渦流室７内に、且つその渦流室７内のスワー
ルS₁の順方向に臨ませられている。一方主噴口14は、対
向する空気導入通路８及び上記断熱層20を開口して上記
主燃焼室５の周壁5aを臨み且つ本実施例にあっては主燃
焼室５のスワールS₂の順方向を臨んで連通して形成され
た燃料通路15に臨まされており、換言すれば主燃焼室５
の周壁5aに且つスワールS₂の順方向に臨ませられた主噴
口14の軸芯方向に沿って、空気導入通路８より分岐され
た燃料通路15が形成されることになる。燃料通路15の通
路断面積は、主噴口14からの燃料噴霧F₁の外輪郭よりは
大きく空気導入通路８の通路断面積よりは極めて小さく
形成される。即ちピストン圧縮時の燃料通路15による絞
り損失は無視できる程度のものであり、この損失による
出力低下はほとんどない。

また、本実施例にあってグロープラグから成る着火手段
16はその加熱部16aが渦流室７内に突出してシリンダヘ
ッド１に配設されており、着火手段16としては使用燃料
油、例えばガソリン，アルコール等の低セタン価・揮発
性燃料油に適する点火プラグでも良い。

以下に本考案の内燃機関の燃焼室の作用を添付図面に基
づいて説明する。

機関が始動時の針弁のリフトの極低速域にあっては、燃
料噴射ノズル11の針弁がノズルボディ12内に供給される
燃料油圧に応じてリフト方向に作動される。このリフト
と同時に針弁が弁座より離れて副噴口13を開とする。こ
れによって渦流室７内には微粒化燃料噴霧F₂が噴射さ
れ、その一部が渦流室７の内壁7aに衝突してさらに微粒
化が促進されつつ、押し込まれた圧縮空気の高熱によっ
て瞬時に蒸気化される。微粒化燃料噴霧F₂の残部は渦流
室７の内壁7aに沿ってスワールＳ方向に流れながら外面
が壁面蒸発される燃料膜として生成される。このとき、
断熱層20は、シリンダヘッド１へ渦流室７から逃す熱を
抑えて一定の温度に保持するために、断熱層20の壁面に
付着される燃料膜の外面を蒸発させるため渦流室７が形
成する燃焼室の容積に対して燃料の蒸気を適正に且つ安
定して生成できることになり、これによって渦流室７内
には、圧縮空気と効果的に混合された着火性，火炎伝播
性の良い適正濃度（適正空燃比）の混合気が生成され
る。これが低温始動時にグロープラグまたは点火プラグ
等の着火手段16の着火（点火）によってアシストされ速
やかに燃焼される。

中・高負荷時には、上記針弁のリフト値が所定リフト値
を越えるリフト値となるため主噴口14も開となり、主燃
焼室５内には燃料噴霧F₁が噴出される。この燃料噴霧F₁
は、燃料通路15を介して主燃焼室５の周壁5aにその一部
が衝突し飛散されると共に、残部が周壁5aに沿ってスワ
ールS₂方向に末広がりとなって流れる燃料膜を形成す
る。したがって飛散された燃料油は圧縮空気の高温熱
で、その燃料膜は外面が壁熱により蒸発され、主燃焼室
５内にも適正空燃比の混合気が生成される。この混合気
は、渦流室７の燃焼によって空気導入通路８より主燃焼
室５内に流入する火災及び燃焼エネルギにて即時着火さ
れ失火のない燃焼が行なわれピストン３の下降と共に燃
焼を完結する。

第３図は、上記断熱層20を燃料通路15の通路内壁15aに
被い形成した例を示し、これによって燃料通路15の通路
内壁15aに付着される一部の燃料が断熱層20にて瞬時に
蒸発されることになり、HCを低減することができる。

このように機関始動時を含むあらゆる使用負荷領域で軽
油をはじめ低セタン価・揮発性燃料油を安定燃焼させ得
ることができ、また、急激な異常燃焼（着火遅れ）によ
って生じる燃焼騒音及び燃焼ピーク温度を下げることが
できるので、HC,青白煙，NO_xの発生を抑えて出力，熱効
率を向上せしめ燃費の秀れた燃焼を得ることができる。
さらに、空気導入通路８を介して主燃焼室５と渦流室７
を形成することは、燃料噴射後における混合気の移動を
規制するのに有効であるため揮発性燃料油の主燃焼室５
への分散を抑えて適正な空燃費を保持させる機能をもっ
ている。

尚、本考案の内燃機関の燃焼室の実施例にあって主燃焼
室の形状をその水平断面が円形となるように説明した
が、これに限らず四角，三角等の多角形形状でも良く、
また主噴口14の噴口方向がその多角形のコーナ部、さら
にそのコーナ部を径方向外方に窪ませた棚部へ向けるこ
とにより、部分的に濃混合気を生成することが可能にな
り、燃焼の安定性を促進できる。

［考案の効果］ 以上説明したことから明らかなように本考案の内燃機関
の燃焼室によれば次の如き優れた効果を発揮できる。

（１）主燃焼室及び副室内に適正濃度の混合気を生成で
き、その副室内を所定温度に保持させることができるの
で、アイドリング，始動時を含む軽負荷時及び中・高負
荷に至る広範囲に渡ってHC,青白煙の発生を大巾に低減
でき、燃費，出力を向上させる燃焼を得ることができ
る。

（２）副室の内壁を覆う断熱層を形成したので着火遅れ
を抑えて安定した燃焼を図ることができ、これによって
燃焼ピーク温度，NO_x及び燃焼騒音を低下させることが
できる。

（３）軽油をはじめアルコール，ガソリン等の低セタン
価揮発性燃料油を使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の内燃機関の燃焼室の好適一実施例を示
す概略縦断面図、第２図は第１図の上面図、第３図は断
熱層を燃料通路に形成した例を示す概略断面図、第４図
は従来例を示す概略縦断面図である。 図中１はシリンダヘッド、２はシリンダボディ、３はピ
ストン、５は主燃焼室、７は渦流室、８は空気導入通
路、11は燃料噴射ノズル、13は副噴口、14は主噴口、15
は燃料通路、20は断熱層である。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】断熱層にて区画形成された副室とピストン
   頂部を窪ませて形成した主燃焼室とを空気導入通路を介
   して連通し、該空気導入通路を分岐させて主燃焼室に燃
   料を案内する燃料通路を形成すると共に、機関中・高負
   荷時に開口して燃料を噴射する主噴口を上記燃料通路
   に、機関全負荷域で開口して燃料を噴射する副噴口を上
   記副室に、夫々臨ませて燃料噴射ノズルを配設したこと
   を特徴とする内燃機関の燃焼室。
2. 【請求項２】上記断熱層がセラミックから構成された上
   記実用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃焼
   室。
3. 【請求項３】上記燃料噴射ノズルが、その副噴口が主噴
   口に対して先行して開放されるように構成された上記実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃焼室。