JPH07279672A

JPH07279672A - ピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジン

Info

Publication number: JPH07279672A
Application number: JP6095435A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuoka; 寛松岡
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、始動性を確保すると共に、副燃焼
室からの噴流を主燃焼期間中にノズル孔の周囲に設けた
複数の連絡口のみから噴出させ、エンジン出力を向上さ
せるピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジンを提供す
る。【構成】本発明は、副燃焼室２をピストン８に設け、
シリンダヘッド５に燃料噴射ノズル１０とグロープラグ
２０を配置し、連絡口９を副燃焼室２中心の周方向に隔
置して複数形成する。ピストン８に形成したノズル孔１
５とプラグ孔１７を主たる燃焼期間中は燃料噴射ノズル
１０とグロープラグ２０で閉塞し、火炎、未燃混合気等
のガスを副燃焼室２から連絡口９を通じてのみ主燃焼室
１へ噴出させて、空気利用率を向上させてエンジン性能
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、主燃焼室、該主燃焼
室に連絡口で連通した副燃焼室及び副燃焼室に燃料を噴
射する燃料噴射ノズルを有するピストンに副燃焼室を持
つ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
渦流室を持つ渦流室式エンジンが開発されている。この
ような渦流室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した
渦流室、該渦流室とシリンダ側に形成した主室とを連通
する連絡口及び渦流室内に配置した燃料噴射ノズルを有
し、連絡口を通じて渦流室に流入する渦流によって渦流
室内に噴射された燃料とで混合気を形成させている。

【０００３】また、実開昭６０−１００５２８号公報に
は、直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンが開示さ
れている。該直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン
は、ピストン頂部に穿設された燃焼室の開口部を閉塞す
る閉塞部材を設け、燃焼室内に渦流を発生させる方向に
向かい、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴出方向
と略平行に燃焼室とシリンダ室とを連通する燃料噴射通
路を閉塞部材に設けたものである。

【０００４】また、実開昭５７−１４８０２２号公報に
は、筒内燃料噴射式内燃機関の燃焼室が開示されてい
る。該筒内燃料噴射式内燃機関の燃焼室は、ピストンの
一端が主燃焼室に開口し且つ他端がキャビティ周面にキ
ャビティと略接線方向に開口した連通孔を形成し、シリ
ンダヘッドにピストン上死点付近でキャビティの主開口
部を閉塞するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、直噴式ディ
ーゼルエンジンは、副室式ディーゼルエンジンに比べて
熱効率に優れているため、多くのトラック、バス等の自
動車に使用されているが、ＮＯ_Xの生成量が多くなると
いう欠点を有している。一方、副室式ディーゼルエンジ
ンは、直噴式ディーゼルエンジンに比べて熱効率は劣る
が、ＮＯ_Xの生成量が少なくなるという長所を有してい
る。副室式エンジンが直噴式エンジンに比較して、熱効
率が劣るという最大の要因は、次のようなことに起因す
ると考えられる。即ち、（１）副室で一次燃焼した後、
火炎が主室と副室とを連通する連絡口を通って噴出して
二次燃焼をし、そのため、燃焼時間が長くなること、
（２）主室と副室とを連通する連絡口のしぼり損失が発
生すること、（３）副室内での空気流動が大きいため、
放熱損失が大きいこと等である。

【０００６】一般に、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４８〜６２％、副
室連絡孔面積比を１〜２％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副
室連絡口を通ることにより、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
の燃焼と副室連絡口の絞り効果により、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
エネルギーを副室連絡口の絞りにより形成されているた
め、連絡口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、副室内の熱伝達率が大き
く、冷却水損失が大きくなっている。

【０００７】また、傾斜した副連絡孔を有する副室の場
合には、主室内の吸気流入スワールの影響を考慮しない
条件では、流入時と着火後の噴出時の通過する空気の速
度が同じであり、噴出エネルギーを高めるために連絡口
の口径を絞った場合、同時に副室内で発生する空気流動
即ちスワールも強くなる。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、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、副連
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】前掲実開昭６０−１００５２８号公報に開
示されたものは、グロープラグの突出量は着火するため
に副室の中に突き出しているものであり、グロープラグ
の突出量をピストンの上下動との関係で考慮したもので
はない。即ち、図中のｌ₂寸法はグロープラグのアール
形状の先端までの長さであり、グロープラグによる開口
の閉塞期間を考慮していない。

【０００９】また、前掲実開昭５７−１４８０２２号公
報に開示されたものは、燃料噴射ノズルを囲むノズルサ
ポートは大径であり、基本的には直噴式燃焼室を考慮し
たものであり、連絡孔面積比による副燃焼室での燃焼期
間を考慮したものではなく、しかも、連絡孔の形成方向
は噴出時に吸気スワールとは逆方向に設定されているも
のである。

【００１０】また、エンジンを副室式燃焼室に構成した
場合に、副室式燃焼室の燃焼スピードを直接噴射式燃焼
室の燃焼スピードと同程度まで速くするには、副室と主
室とを連通する連絡口の通路断面積を拡大することが必
要である。ところが、連絡口の通路断面積を大きくする
と、副室から主室へ流出する噴出スピードが低下し、主
室での燃焼が十分に行われない。

【００１１】また、渦流室式エンジンでは、副室と主室
とを連通する連絡口が小さいので、該連絡口による絞り
損失が発生し、エンジン出力を低減する原因になる。ま
た、一般に、主室と副室とを連通する連絡口は、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。更に、連絡口は絞られて傾
斜状態に形成されているので、吸気ポートを通じて流入
した吸入空気はシリンダ内でスワール流を形成している
が、該スワール流が連絡口を通じて副室に流入する時
に、副室内にそのスワール流のエネルギーを十分に活か
すことができないという問題を有している。

【００１２】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、副燃焼室をピストンに構成した副
燃焼室とシリンダ側に形成した主燃焼室を複数の連絡孔
で連通し、シリンダヘッドに設けた燃料噴射ノズルとグ
ロープラグとをピストンに形成したノズル孔とプラグ孔
に上死点近傍で突入させ、始動性を向上させ、燃料噴射
ノズルとグロープラグのノズル孔とプラグ孔の閉鎖期間
即ち閉塞期間を適正化して主たる燃焼期間中は維持して
連絡口を通じてのみ副燃焼室から主燃焼室へ火炎、未燃
混合気等のガスを噴出させると共に、副燃焼室での燃焼
期間を持続させてＮＯ_Xの発生を抑制し、連絡口の絞り
損失を低減させると共に連絡口面積が過大になることを
防止し、シリンダ中央に設けた副燃焼室から連絡口を通
じて主燃焼室へ噴出する噴流のシリンダ周辺までの到達
距離を短くして燃焼期間を短縮し、エンジン性能を向上
させると共に、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X等の発生を抑制
できるピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジンを提供
することである。

【００１３】

【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、ピストンに形成される副燃焼室、シリンダ側に
形成される主燃焼室、該主燃焼室と前記副燃焼室とを連
通する前記ピストンに形成した連絡口及び前記副燃焼室
内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有する副室式エン
ジンにおいて、シリンダヘッドに配置された前記燃料噴
射ノズルがピストン上死点近傍で前記ピストンに形成し
た中央ノズル孔を閉塞するように突入でき、前記シリン
ダヘッドに配置されたグロープラグがピストン上死点近
傍で前記ピストンに形成したプラグ孔を閉塞するように
突入でき、前記連絡口は前記副燃焼室中心から偏心した
周方向に隔置して複数形成されていることを特徴とする
ピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジンに関する。

【００１４】また、このピストンに副燃焼室を持つ副室
式エンジンにおいて、総燃焼室の容積に対する前記副燃
焼室の容積の比が３５〜６５％に設定され、また、前記
連絡口が１．５〜５％の連絡口面積比に設定されている
ものである。

【００１５】また、前記燃料噴射ノズルと前記グロープ
ラグとによって前記ノズル孔と前記プラグ孔を閉塞する
期間は、上死点前後のクランク角３０°以上に設定され
ているものである。

【００１６】更に、前記燃料噴射ノズルと前記グロープ
ラグは、シリンダ軸に平行に配置され且つ前記グロープ
ラグの外形閉塞面は前記グロープラグの軸に垂直に形成
されているものである。

【００１７】また、このピストンに副燃焼室を持つ副室
式エンジンにおいて、前記燃料噴射ノズルは多噴孔を有
し、該多噴孔のうち少なくとも１つは前記グロープラグ
よりスワール上流側に短いペネトレーションで噴霧でき
る小噴孔に構成されているものである。

【００１８】

【作用】この発明によるピストンに副燃焼室を持つ副室
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、シリンダヘッドに
燃料噴射ノズルとグロープラグとを設け、前記燃料噴射
ノズルと前記グロープラグをピストンに形成した副燃焼
室に上死点近傍で突入させ、始動性を向上させると共
に、連絡口面積が過大になることを防止する。特に、前
記副燃焼室と総燃焼室との容積比を３５〜６５％に設定
し、前記連絡口を１．５〜５％の連絡口面積比に設定す
ると共に、前記燃料噴射ノズルと前記グロープラグとに
よって前記中央連絡口と前記周辺連絡口を閉鎖する期間
を上死点前後のクランク角３０°以上に設定したので、
前記燃料噴射ノズルでノズル孔を且つ前記グロープラグ
でプラグ孔を閉塞すると共に、それらの前記副燃焼室へ
の突出量で閉塞期間を適正化し、火炎、未燃混合気等の
ガスを副燃焼室から主として複数の連絡孔を通じて主燃
焼室へ噴出させ、主たる燃焼の終了後にノズル孔とプラ
グ孔を通じて噴出させ、前記副燃焼室での燃焼期間を確
保して前記副燃焼室内で燃料リッチで燃焼し、ＮＯ_Xの
発生を抑制すると共に、エンジン性能をアップさせる。

【００１９】この副室式エンジンは、ピストンの副燃焼
室とシリンダ側の主燃焼室とを連通する連絡口は、前記
副燃焼室中心の周方向に隔置して複数形成されているの
で、前記連絡口とシリンダ壁面との距離が短く、前記連
絡口からの噴流の到達距離が短く、火炎と未燃混合気は
主燃焼室内に存在する新気と混合を促進して燃焼スピー
ドをアップし、主燃焼室でのＨＣ、スモーク等の発生を
抑制して燃焼を完結し、熱効率が向上する。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
口を複数形成してそ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。更に、複数の連絡
口を設けることによって、１つの連絡口から噴出する火
炎、未燃混合気等の燃焼ガスが受け持つ主燃焼室の範囲
は狭くなり、新気との混合が促進され、燃焼スピードが
短くなる。

【００２０】前記燃料噴射ノズルは多噴孔を有し、前記
多噴孔のうち少なくとも１つは前記グロープラグよりス
ワール上流側に短いペネトレーションで噴霧できる小噴
孔に構成されているので、前記グロープラグの着火補助
機能を最適にして着火し易くなり、着火ミスもなく、副
燃焼室での着火燃焼が良好に行われる。しかるに、グロ
ープラグが燃料噴射ノズルに近接して配設されている
と、燃料噴射ノズルの主噴霧のみであると、着火につい
ての好条件を確保できず、着火が困難になるからであ
る。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるピス
トンに副燃焼室を持つ副室式エンジンの実施例を説明す
る。図１はこの発明によるピストンに副燃焼室を持つ副
室式エンジンの一実施例を示す断面図、図２は図１の副
室式エンジンにおけるピストンヘッドの上面図、図３は
図１の線Ａ−Ａにおける断面図、及び図４は図１の副室
式エンジンにおけるグロープラグによるプラグ孔の閉塞
期間とエンジン性能との関係を示すグラフである。

【００２２】このピストンに副燃焼室を持つ副室式エン
ジンは、アルコール燃料、軽油等の液体燃料を燃料噴射
ノズル１０から副燃焼室２内に噴射して燃焼させるディ
ーゼルエンジンであり、アルミニウム、アルミニウム合
金、鋳鉄等の金属材料から成るシリンダブロック６、該
シリンダブロック６にガスケット２２を介在して固定さ
れたアルミニウム合金等の金属材料から成るシリンダヘ
ッド５を有している。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２５が形成され、孔部２５には
シリンダ３を形成するシリンダライナ１９が嵌合されて
いる。また、シリンダヘッド５には、各シリンダ３に対
応して吸排気ポート１３が形成され、吸排気ポート１３
のバルブシートには吸排気弁１６が配置されている。シ
リンダライナ１９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。

【００２３】この副室式エンジンにおいて、主燃焼室１
は、シリンダヘッド下面１４とピストン頂面２１との間
のシリンダ３側に形成されている。副燃焼室２は、ピス
トン８側に設けられているものであり、ピストンヘッド
１８のシリンダ中央に形成されたキャビティ２４によっ
て構成されている。燃料噴射ノズル１０は、シリンダヘ
ッド５に配置され、ピストンヘッド１８の副燃焼室２内
に燃料を噴射するように構成されている。グロープラグ
２０は、シリンダヘッド５に配置され、副燃焼室２での
着火を補助する機能を有している。

【００２４】この副室式エンジンは、主燃焼室１と副燃
焼室２とを連通するため、ピストンヘッド１８に周方向
に互いに隔置して複数個（図２では、６個）の連絡口９
が形成されている。ピストン８に形成した副燃焼室２の
容積比については、圧縮端における全体燃焼室の容積に
対する副燃焼室２の容積比は、好ましくは、約３５〜６
５％に設定されている。連絡口９は、副燃焼室２の中心
から偏心した周方向に隔置して主燃焼室１側の開口７か
ら副燃焼室２側の開口１２へ傾斜してピストンヘッド１
８に形成されている。燃料噴射ノズル１０は、主たる噴
霧を行う複数の多噴孔１１を有すると共に、多噴孔のう
ち少なくとも１つはグロープラグ２０より吸気スワール
ＩＳの上流側に設定された短いペネトレーションで噴霧
できる小噴孔２３を有している。燃料噴射ノズル１０
は、ピストン８の圧縮行程上死点近傍で多噴孔１１から
副燃焼室２内に燃料を噴射できるものである。

【００２５】この副室式エンジンは、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、Ｎ
Ｏ_Xの発生を低減することができ、しかも主燃焼室１か
ら副燃焼室２へ流入するスワール流は減衰させられるの
で、副燃焼室２からシリンダヘッド５への熱放散を低減
でき、連絡口９を複数設けて連絡口通路面積を大きくし
て絞り損失を低減し、熱効率を向上できる。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口９が
主燃焼室１の壁面までの距離が短く、周辺まで短期に噴
出し、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、連絡口９の通路面積
をトータルとして大きくでき且つ主燃焼室１に存在する
新気と副燃焼室２からの噴流との混合を促進するため、
連絡口９を中央のノズル１５から隔置した周方向に形成
してシリンダ３の壁面への到達距離を短くして連絡口９
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、Ｈ
Ｃ、スモーク、ＮＯ_X等の発生を低減する。

【００２６】この実施例では、副燃焼室２の上面の中心
軸上に多噴孔１１を備えた燃料噴射ノズル１０が設置さ
れ、燃料噴射ノズル１０からの燃料噴射によって着火
し、爆発行程に移行し、副燃焼室２から主燃焼室１へと
火炎、未燃混合気等のガスは噴出するが、連絡口９の持
つ傾斜角度の効果によって主燃焼室１内に残留している
吸気スワール流Ｓとの混合を促進し、主燃焼室１内の外
周付近まで短期に火炎を到達させる。主燃焼室１へ一気
に噴出し、主燃焼室１内の新気との混合を促進する。

【００２７】この副室式エンジンでは、連絡口９から斜
めに副燃焼室２に流入する空気によって副燃焼室２内に
減衰させたスワール流ＣＳを発生させ、燃料噴射ノズル
１０からの噴霧により、該燃料を副燃焼室２内で短期間
に混合気を生成させて燃焼スピードをアップさせる。ま
た、図示していないが、連絡口９を形成したピストンヘ
ッド１８の領域を、セラミックス、耐熱合金等の耐熱性
に優れる材料で作製すると、連絡口９自体の開口７，１
２をシャープな形状に形成でき、エンジン性能を向上さ
せることができる。また、主燃焼室１の燃焼を考えた場
合、主燃焼室１は副燃焼室２からの火炎と混合気の噴出
流により混合燃焼を行なうが、この混合エネルギーは個
々の連絡口面積が小さい程大きい。即ち、主燃焼室１の
燃焼スピードを上げるには連絡口面積は小さい程良い。

【００２８】この副室式エンジンは、特に、シリンダヘ
ッド３に配置された燃料噴射ノズル１０がピストン上死
点近傍でピストンヘッド１８に形成した中央ノズル孔１
５に僅かな隙間を有して中央ノズル孔１５を殆ど閉塞状
態に突入でき、シリンダヘッド５に配置されたグロープ
ラグ２０がピストン上死点近傍でピストンヘッド１８に
形成したプラグ孔１７に僅かな隙間を有してプラグ孔１
７を殆ど閉塞状態に突入できることを特徴としている。
燃料噴射ノズル１０とグロープラグ２０の副燃焼室２へ
の突出量でノズル孔１５とプラグ孔１７と閉塞期間を適
正化することができ、火炎、未燃混合気等のガスを副燃
焼室２から主として複数の連絡口９を通じて主燃焼室１
へ噴出させ、主たる燃焼期間の終了後になって始めてノ
ズル孔１５とプラグ孔１７を通じて噴出させ、副燃焼室
２での燃焼期間を確保して副燃焼室２内で燃料リッチで
燃焼し、ＮＯ_Xの発生を抑制すると共に、エンジン性能
をアップさせる。

【００２９】この副室式エンジンでは、燃料噴射ノズル
１０とグロープラグ２０は、シリンダ軸に平行に配置さ
れるようにシリンダヘッド３に取り付けられている。ま
た、グロープラグ２０について、図１に示すように、プ
ラグ孔１７に挿入されるグロープラグ自体の外形を段付
きの異なった径に形成し、グロープラグ２０の段部をグ
ロープラグ２０の軸に垂直に面２７に形成しておけば、
グロープラグ２０がプラグ孔１７を閉塞する期間は、グ
ロープラグ２０の段部の面２７になる。この場合には、
グロープラグ２０の段部の面２７が外形閉塞面を形成す
る。そこで、副燃焼室２内でのグロープラグ２０の突出
し量を段部の面２７で正確に設定でき、プラグ孔１７の
閉塞期間を的確に設定できる。例えば、図１に示すピス
トン８が上死点に位置するとすれば、ピストン８の頂面
２１から面２７までの距離Ｌが後述のクランク角度３０
°以上に相当することになる。或いは、図示していない
が、グロープラグ２０について、プラグ孔１７に挿入さ
れるグロープラグ自体の外形を同径に形成し、グロープ
ラグ２０の先端をグロープラグ２０の軸に垂直に平らな
面２６に形成しておけば、グロープラグ２０がプラグ孔
１７を閉塞する期間は、グロープラグ２０の先端の平ら
な面２６になる。この場合には、グロープラグ２０の先
端の平ら面２６が外形閉塞面を形成する。そこで、副燃
焼室２内でのグロープラグ２０の突出し量を該平らな面
２６で正確に設定でき、プラグ孔１７の閉塞期間を的確
に設定できる。この場合には、クランク角度３０°以上
というのは、上死点に位置するピストン８の頂面２１か
ら面２６までの距離となることは言うまでもない。

【００３０】また、この副室式エンジンでは、主燃焼室
１と副燃焼室２との容積の総和を総容積とすると、副燃
焼室２の容積は該総燃焼室容積の３５〜６５％に設定さ
れおり、しかも、連絡口９は１．５〜５％の連絡口面積
比に設定されているものである。

【００３１】更に、燃料噴射ノズル１０によるノズル孔
１５の閉塞期間及びグロープラグ２０によるプラグ孔１
７の閉塞期間は、上死点前後のクランク角３０°以上に
設定されている。燃料噴射ノズル１０によるノズル孔１
５の閉塞期間とグロープラグ２０によるプラグ孔１７の
閉塞期間は、主たる燃焼期間が終了するまでは閉鎖して
おくことがエンジン性能即ち出力をアップするため好ま
しいものである。そして、主たる燃焼期間は、上死点後
でほぼクランク角度で５０°程度であるが、図４から分
かるように、ノズル孔１５とプラグ孔１７の閉塞期間
は、クランク角度でほぼ３０°以上であれば、エンジン
性能即ち出力をアップする点からも好ましいものであ
る。しかるに、副燃焼室２での相当に活発に燃焼してい
る燃焼期間中に、ノズル孔１５とプラグ孔１７とが開放
すると、副燃焼室２から噴出する噴流が主としてノズル
孔１５とプラグ孔１７を通じて主燃焼室１へ噴出し、そ
のため、連絡口９からシリンダ周辺に向かって噴き出し
ている火炎、未燃混合気等のガスの噴流が弱められ、連
絡口９からの噴出エネルギーが減少してペネトレーショ
ンが短くなり、空気利用率を低減し、エンジン性能が低
下することになる。

【００３２】この実施例の副室式エンジンは、上記のよ
うに構成されているので、グロープラグ２０によって始
動性、特に、低温時の始動性を確実に達成することがで
きる。しかも、燃料噴射ノズル１０及びグロープラグ２
０を副燃焼室２へ上死点近傍で突入させるため、ピスト
ンヘッド１８に形成されているノズル孔１５とプラグ孔
１７が閉塞され、副燃焼室２での燃料リッチで燃焼する
燃焼期間を持続し、しかも連絡口９からの噴出エネルギ
ーを低減することなく、シリンダ周辺に存在する新気と
の混合を促進して空気利用率を向上させ、スモーク、Ｈ
Ｃ、ＮＯ_X等の発生を低減でき、熱効率を向上できる。

【００３３】

【発明の効果】この発明によるピストンに副燃焼室を持
つ副室式エンジンは、上記のように構成されており、次
のような効果を有する。このピストンに副燃焼室を持つ
副室式エンジンでは、シリンダヘッドに燃料噴射ノズル
とグロープラグを設け、燃料噴射ノズルとグロープラグ
とがピストン上死点近傍でノズル孔とプラグ孔を閉塞す
るように突入でき、複数の連絡口が副燃焼室中心から偏
心した周方向に隔置して形成されているので、前記燃料
噴射ノズルと前記グロープラグをピストンに形成した副
燃焼室に上死点近傍で突入させ、始動性を向上させると
共に、連絡口面積が過大になることを防止できる。特
に、ノズル孔とプラグ孔との閉塞期間を燃料噴射ノズル
とグロープラグとの副燃焼室内への突出し量で適正化で
き、主たる燃焼期間中には副燃焼室から周辺の連絡口を
通じて火炎、未燃混合気等のガスを噴出エネルギーを大
きくして長いペネトレーションで主燃焼室へ噴き出させ
ることができ、シリンダ周辺に存在する新気との混合を
促進し、燃焼期間を短縮して短期に燃焼を完結させるこ
とができ、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X等の発生を低減で
き、エンジン性能をアップして熱効率を向上できる。

【００３４】また、副燃焼室がシリンダヘッドの中央に
位置し、前記連絡口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、前記連絡口の
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
連絡口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、前記連絡口の傾斜方向を外向きに
傾斜させると、ピストン周辺への前記副燃焼室からの噴
流の到達距離が更に短くなり、ピストン周辺の新気との
混合を促進する。

【００３５】従って、この副室式エンジンは、前記副燃
焼室での燃焼状態を燃料リッチで燃焼を持続させ、直接
噴射式燃焼室と同等の燃焼スピードを確保でき、ＮＯ_X
の発生を抑制できる。また、前記副燃焼室をシリンダの
中央部に形成して前記副燃焼室の外周から噴出する火炎
と混合気とは、前記シリンダの全周即ち前記主燃焼室に
存在する新気に対して距離が短くなるので、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
きる燃焼を行わせることができる。

【００３６】また、この副室式エンジンは、総燃焼室の
容積に対する前記副燃焼室の容積比を３５〜６５％に設
定し、前記連絡口を１．５〜５％の連絡口面積比に設定
すると共に、ノズル孔とプラグ孔との閉塞期間として
は、上死点前後のクランク角３０°以上に設定されてい
ることが好ましいものであり、前記副燃焼室での燃焼期
間を十分に確保でき、前記副燃焼室内で燃料リッチで燃
焼させ、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。また、
前記燃料噴射ノズルと前記グロープラグとをシリンダ軸
に平行に配置し、前記グロープラグの先端を前記グロー
プラグの軸に垂直に形成すると、前記グロープラグの前
記副燃焼室内での突出し量を正確に設定でき、前記プラ
グ孔の閉塞期間を的確に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるピストンに副燃焼室を持つ副室
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ピストンヘッドの上面
図である。

【図３】図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図４】図１の副室式エンジンにおけるグロープラグに
よるプラグ孔の閉塞期間とエンジン性能との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室３シリンダ５シリンダヘッド８ピストン９連絡口１０燃料噴射ノズル１１多噴孔１５ノズル孔１７プラグ孔２０グロープラグ２１ピストン頂面２４キャビティ２６グロープラグの先端の平らな面（外形閉塞面）２７グロープラグの段部の面（外形閉塞面）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンに形成される副燃焼室、シリン
ダ側に形成される主燃焼室、該主燃焼室と前記副燃焼室
とを連通する前記ピストンに形成した連絡口及び前記副
燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有する副室
式エンジンにおいて、シリンダヘッドに配置された前記
燃料噴射ノズルがピストン上死点近傍で前記ピストンに
形成した中央ノズル孔を閉塞するように突入でき、前記
シリンダヘッドに配置されたグロープラグがピストン上
死点近傍で前記ピストンに形成したプラグ孔を閉塞する
ように突入でき、前記連絡口は前記副燃焼室の中心から
偏心した周方向に隔置して複数形成されていることを特
徴とするピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジン。
【請求項２】総燃焼室の容積に対する前記副燃焼室の
容積の比が３５〜６５％に設定され、前記連絡口は１．
５〜５％の連絡口面積比に設定されていることを特徴と
する請求項１に記載のピストンに副燃焼室を持つ副室式
エンジン。
【請求項３】前記燃料噴射ノズルによって前記中央ノ
ズル孔を閉塞する期間と前記グロープラグによって前記
プラグ孔を閉塞する期間は、上死点前後のクランク角３
０°以上に設定されていることを特徴とする請求項１に
記載のピストンに副燃焼室を持つ副室式エンジン。
【請求項４】前記燃料噴射ノズルと前記グロープラグ
は、シリンダ軸に平行に配置され、且つ前記グロープラ
グの外形閉塞面は前記グロープラグの軸に垂直に形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のピストンに
副燃焼室を持つ副室式エンジン。
【請求項５】前記燃料噴射ノズルは多噴孔を有し、前
記多噴孔のうち少なくとも１つは前記グロープラグより
スワール上流側に短いペネトレーションで噴霧できる小
噴孔に構成されていることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載のピストンに副燃焼室を持つ副室式エン
ジン。