JPH0719048A

JPH0719048A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH0719048A
Application number: JP18321593A
Authority: JP
Inventors: Zuigun You; 瑞群楊; Kohei Yamaishi; 興平山石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、副室と主室を連通する複数の連絡
孔の形状を主室の空気量分布に対応させてガス量を噴射
させるように形成し、主室での空気とガスとの混合を均
一化する副室式エンジンを提供する。【構成】本発明は、副室構造体９に主室１と副室２と
を連通する連絡孔４を複数個形成する。各連絡孔４は、
副室２側から主室１側へ通路断面積が小さくなるテーパ
形状Ｔにそれぞれ形成され、しかも主室１に存在する空
気量分布に対応するガス量が副室２から主室１へ噴出さ
れるように、各連絡孔４のテーパ角度、通路長さ、形状
位置及び通路噴出方向を異なった状態にそれぞれ設定す
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
室即ち副室、該副室とシリンダ側に形成した主室とを連
通する連絡孔及び副室内に燃料を噴霧する燃料噴射ノズ
ルを有し、連絡孔を通じて副室に流入する渦流によって
副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。燃料が副室で着火燃焼して副室内の圧力
が上昇して膨張行程になり、副室から主室へ火炎、未燃
混合気等のガスが連絡孔を通じて主室へ噴出され、主室
に存在する新気と混合して二次燃焼し、エンジンに仕事
をさせるものである。

【０００３】従来、実開昭５７−２００６２２号公報に
は、渦流室式ディーゼルエンジンの燃焼室が開示されて
いる。該渦流室式ディーゼルエンジンの燃焼室は、渦流
室と主室とを連通する主噴口に加えてほぼ燃料噴射方向
に沿って副噴口を開口し、主噴口の渦流室側開口部を渦
流室の接線方向に、他方主室側開口部を副噴口の主室側
開口部に対し異なる方向に向けて開口し、ピストン頂面
に上死点位置近傍で主、副噴口と各対向する部位から互
いに異なる領域に向けて主、副キャビティ部を形成した
ものである。

【０００４】また、実開昭５８−１８０２５号公報に
は、渦流室式ディーゼル機関が開示されている。該渦流
室式ディーゼル機関は、渦流室側出口が主室側出口より
大きい主噴孔、及び１個以上の補助噴孔を設け、上記主
噴孔の主室側出口をピストンキャビティ内に向けると共
に、上記補助噴孔の主室側出口をピストンキャビティ外
に向けたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、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。

【０００６】また、副室式エンジンでは、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、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を向上させ
ている。

【０００７】ところが、副室に流入する時の空気流動が
強すぎる場合には、次のような悪影響が発生する。即
ち、まず、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。

【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、主室での混合促進のため
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、副室をシリンダヘッドに構成し、
主室をシリンダ側に形成し、主室と副室とを連通する連
絡孔を複数設け、火炎、未燃混合気等のガスが副室から
連絡孔を通じて主室へ噴出される場合に、主室に存在す
る空気量分布に対応させて連絡孔を通じて主室へ噴出す
るガス量を適正化させるように、連絡孔をテーパ形状に
形成すると共に、連絡孔のテーパ絞り角度及び傾斜角度
をそれぞれ異なった状態に設定し、主室での空気利用率
を向上させ、主室での混合を促進して燃焼スピードを短
縮して熱効率を向上させ、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。

【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、シリンダ側に形成された主室、シリンダヘッド
に配置された副室、前記主室と前記副室を連通する複数
の連絡孔及び前記副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、前記連絡孔が前記
副室側から前記主室側へ通路断面積が小さくなるテーパ
形状にそれぞれ形成され、前記主室に存在する空気量分
布に対応するガス量が前記副室から前記主室へ噴出され
るように、前記各連絡孔の噴出方向における主室側開口
部からシリンダ壁面までの距離に対応して前記各連絡孔
のテーパ絞り角度及び傾斜角度がそれぞれ異なった状態
に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。

【００１１】また、この副室式エンジンにおいて、前記
主室はピストンヘッドに形成した凹部で構成されている
ものである。

【００１２】

【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、複数の連絡孔が副室側から主室側へ通路断面
積が小さくなるテーパ形状にそれぞれ形成され、しかも
前記主室に存在する空気量分布に対応するガス量が前記
副室から前記主室へ噴出されるように、各連絡孔の噴出
方向における主室側開口部からシリンダ壁面までの距離
に対応して前記各連絡孔のテーパ絞り角度及び傾斜角度
がそれぞれ異なった状態に設定されているので、前記主
室に存在する新気の空気量分布と前記副室から前記主室
へ噴出されるガス量とを適正に対応させることができ、
前記主室での空気と火炎、未燃混合気等のガスとが均一
に且つ良好に混合され、前記主室での空気利用率を向上
し、燃焼スピードを速くして燃焼を短期に完結すること
ができ、ＨＣ、カーボン、スモーク等のパティキュレー
ト等の発生を抑制し、熱効率を向上させることができ
る。

【００１３】また、この副室式エンジンでは、前記主室
から前記副室へ流入する空気流動は前記各連絡孔の形成
状態が異なっているので減衰され、前記副室でオーバス
ワールになることがない。また、前記各連絡孔は、前記
副室から前記主室への噴出する火炎、未燃混合気等のガ
スの噴流がシリンダ壁面即ちシリンダ周辺まで遠くへ飛
ぶように設定されている。また、前記連絡孔からシリン
ダ壁面までの距離が長い所では、ピストン頂面に衝突し
ないように遠くまで噴流が飛ぶように連絡孔の傾斜角度
及びテーパ絞り角度を設定することで可能になる。

【００１４】

【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、及び図２は図
１の副室式エンジンの連絡孔の形状の一実施例を説明す
るものであり、図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【００１５】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１５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１６が形成され、孔部１６にはシリンダ
３を形成するシリンダライナ１４が嵌合されている。シ
リンダヘッド５は、吸排気弁１８（一方のみ図示）を配
置した吸排気ポート１７（一方のみ図示）に形成したバ
ルブシート１３が配置されている。シリンダライナ１４
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。主室１は、シリンダ３側に
形成され、特に、ピストン８に形成した凹部１９によっ
て構成されている。また、副室２は、シリンダヘッド５
に形成したキャビティ１２に配置された副室構造体９で
構成されている。燃料噴射ノズル１０は、副室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
構造体９の中央挿入孔１１を貫通し、その多噴孔７を副
室２内に開口している。

【００１６】この副室式エンジンにおいて、副室２はシ
リンダ中心軸から離れたサイド側に位置設定されてお
り、連絡孔４は副室２の中心軸の回りの周方向に隔置し
て複数個（図２では４個）形成され、各連絡孔４は主室
１の拡がりに対応して位置設定されている。また、連絡
孔４は副室２とシリンダヘッド下面を構成する副室構造
体９の下面２０との間で傾斜状態に副室２の中心軸から
偏心した中央方向に伸びている。この副室式エンジンに
おいて、連絡孔４は、特に、図２に示すように、副室２
側から主室１側へ通路断面積が小さくなるテーパ形状Ｔ
にそれぞれ形成され、しかも主室１に存在する空気量に
対応して副室２から主室１へ火炎、未燃混合気等のガス
Ｇが噴出されるように、各連絡孔４の形成位置、通路断
面積、テーパ角度、通路長さ及びガス噴出方向が設定さ
れている。言い換えれば、各連絡孔４は、各連絡孔４の
噴出方向における主室側開口部２１からシリンダ３壁面
までの距離に対応して、各連絡孔４のテーパ絞り角度及
び傾斜角度がそれぞれ異なった状態に設定されているも
のである。

【００１７】次に、図３を参照して、この発明による副
室式エンジンの別の実施例を説明する。図３は図１の副
室式エンジンの連絡孔の形状の別の実施例を説明するも
のであり、図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。この
実施例は、上記実施例と比較して、連絡孔４の形成位置
が異なる以外は、全く同一であるので、同一の部品には
同一の符号を付して重複する説明は省略する。図３に示
すように、中央側に形成した連絡孔４の位置をシリンダ
３の中心軸側に形成することによって、シリンダ周辺へ
の到達距離を短くすることができ、火炎、未燃混合気等
のガスＧの到達時間を短縮できる。

【００１８】この副室式エンジンでは、図２又は図３に
示すように、連絡孔４がテーパ形状Ｔに形成され、それ
ぞれの連絡孔４のテーパ角度、通路長さ、ガス噴出方
向、形成位置及び主室１側の開口部２１の通路断面積が
それぞれ異なった形状に副室構造体９の下部に形成され
ているので、主室２内への火炎、未燃混合気等のガスの
噴出エネルギー及び噴出量を各連絡孔４に応じてそれぞ
れ変更させることができる。即ち、主室１での連絡孔４
から主室１のシリンダ周辺までの到達距離が短いところ
では、火炎、未燃混合気等のガスＧを遠くまで飛ばす必
要が無いので、通路長さは短く、通路断面積を小さく、
またテーパ角度を小さくストレート状に近い形状に形成
する。また、主室１における連絡孔４から主室１のシリ
ンダ周辺までの到達距離が長い領域即ち主室１の拡がり
が大きいところでは、火炎、未燃混合気等のガスＧの噴
出エネルギーを大きくするため、テーパ角度を大きくす
ると共に通路長さを長くし、テーパ面の絞りによる噴出
エネルギーを増大させ、主室１でのペネトレーションを
強化して主室１での空気利用率を向上させることができ
る。

【００１９】この副室式エンジンでは、副室２での旋回
流を調整して適正な渦流を生成し、燃料噴射ノズル１０
の多噴孔７から燃料を噴霧することによって、噴霧燃料
と副燃焼室２内の適正な渦流との混合を均一化して着火
燃焼させ、高当量比即ち燃料リッチで燃焼させて、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ことができる。次いで、副室２
内の火炎、未燃混合気等のガスは連絡孔４を通じて複数
に分流され、小さく絞り込むことで主室１への噴出エネ
ルギーを上昇させ、主室１の周辺まで短期に噴出させて
噴流のペネトレーションを強化し、該噴流を主室１に残
存している吸気スワールに乗せて良好に混合を促進し、
主室１の新気と噴流との混合が促進して燃焼スピードを
短縮して燃費を向上させ、熱効率を向上させ、ＨＣ、ス
モーク、ＮＯ_X等の発生を低減することができる。

【００２０】

【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、連絡孔が副室側から主室側へ通路
断面積が小さくなるテーパ形状にそれぞれ形成され、し
かも前記各連絡孔の噴出方向における主室側開口部から
シリンダ壁面までの距離に対応して前記各連絡孔のテー
パ絞り角度及び傾斜角度がそれぞれ異なった状態に設定
されているので、前記主室に存在する空気量分布に対応
するガス量が前記副室から前記主室へ噴出させることが
でき、また、前記主室に存在する新気の空気量分布と前
記副室から前記主室へ噴出されるガス量とを適正に対応
させることができ、前記主室での空気と火炎、未燃混合
気等のガスとが均一に混合促進され、前記主室での空気
利用率が向上し、前記主室での燃焼スピードを速くして
燃焼を短期に完結することができ、ＨＣ、カーボン、ス
モーク等のパティキュレート等の発生を抑制し、熱効率
を向上させる。

【００２１】しかも、前記副室には、前記各連絡孔を通
じて前記主室から前記副室へ各方向から流入し、前記副
室での乱れを良好にして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、前記副室で燃料リッチ
で燃焼してＮＯ_Xの発生を抑制し、また、前記主室には
空気量分布に応じて、即ち、空気量が多い領域には多く
のガス量を噴出させ、空気量が少ない領域では少量のガ
ス量を噴出させ、また、到達距離の長いところではガス
の噴出エネルギーを強力にし、到達距離の短いところで
はガスの噴出エネルギーを小さくし、それによって、前
記主室に残存する新気を有効に利用して、空気利用率を
向上させ、燃焼スピードをアップさせて二次燃焼を短期
に完結し、燃焼を改善する。

【００２２】また、この副室式エンジンでは、前記主室
と前記副室との通路面積を前記副室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。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
記各連絡孔の通路面積を小さくして且つ噴射方向を個々
に異ならせて噴流を調整設定し、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
に残存する新気との混合を促進させ、燃焼スピードを短
縮することができる。また、前記副室から前記主室への
噴出エネルギーを絞って有効に増強することができ、前
記副室から前記主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、前記主室での新気との混合を
促進でき、前記主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。

【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連絡孔の形状の一実施
例を説明するものであり、図１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連絡孔の形状の別の実
施例を説明するものであり、図１の線Ａ−Ａ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８ピストン９副室構造体１０燃料噴射ノズル１２キャビティ１９凹部２１連絡孔の主室側開口部Ｇ火炎、未燃混合気等のガスＴテーパ形状

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側に形成された主室、シリンダ
ヘッドに配置された副室、前記主室と前記副室を連通す
る複数の連絡孔及び前記副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
が前記副室側から前記主室側へ通路断面積が小さくなる
テーパ形状にそれぞれ形成され、前記主室に存在する空
気量分布に対応するガス量が前記副室から前記主室へ噴
出されるように、前記各連絡孔の噴出方向における主室
側開口部からシリンダ壁面までの距離に対応して前記各
連絡孔のテーパ絞り角度及び傾斜角度がそれぞれ異なっ
た状態に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】前記主室はピストンヘッドに設けた凹部
で構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。