JPH074242A - 副室式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】主室の外に副室を有する副室式エンジンの良好
な排ガス性能を保ちつつ、出力性能を副室のないエンジ
ンと同等程度に向上させる。 【構成】シリンダヘッド１のシリンダ中央部に副燃焼室
２を設け、主燃焼室９と連通する連絡口５をその中心軸
から偏心した位置に複数個形成する。連絡口５は圧縮行
程で副燃焼室２へ流入する空気流が主燃焼室内のスワー
ル流Ｓとは逆方向となり、燃焼行程では燃焼ガスの噴出
方向が主燃焼室内のスワールと順方向となるよう傾斜し
て形成される。さらに主燃焼室中心には円柱状の突起７
をピストン６、あるいはシリンダヘッド１に設けて、ス
ワールの増強、二次燃焼の活発化による出力増を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、副室式ディ
ーゼルエンジンのように、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副室式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンあるいは産業用エンジ
ンとして広く用いられるディーゼルエンジンには、直噴
式エンジンと副室式エンジンがある。直噴式ディーゼル
エンジンでは、ピストンに設けた主燃焼室に噴射ノズル
から燃料を噴射し、ここで燃焼させる。これに対し、副
室式ディーゼルエンジンでは、ピストンに形成した主燃
焼室とは別に、シリンダヘッドに渦流室等の副燃焼室を
設け、連絡口を介して主燃焼室と連通させてある。燃料
は噴射ノズルから副燃焼室に噴射され、ここで一部の燃
料が燃焼し、残りの燃料は連絡口を介して主燃焼室に噴
出され、主燃焼室内で二次燃焼が行われて完全に燃焼す
る。

【０００３】このような副室式エンジンとしては、圧縮
点火方式のディーゼルエンジンに限らず、副燃焼室に、
ガソリン、アルコール、あるいは気体燃料を噴射し点火
栓からの火花で点火させる、いわゆる外部点火方式で作
動するエンジンも知られている。なお、従来の副室式エ
ンジンとして実開昭５２−１３２０４号公報には主燃焼
室と副燃焼室をもち、該主燃焼室と副燃焼室を結ぶ主連
絡口と、主連絡口と主燃焼室を結ぶ副連絡口と、ピスト
ン頂面に設けられたピストン上死点付近で主連絡口を閉
塞する突棒を持つものが提案されている。これは、ピス
トン位置により連絡口面積を可変にすることを目的とし
たものである。

【０００４】

【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
熱効率にすぐれているため、多くの大型の自動車に使用
されているが、ＮＯｘの生成量が副室式ディーゼルエン
ジンに比べると多くなる。逆に副室式ディーゼルエンジ
ンはＮＯｘ生成量は少ないが、熱効率が直噴式エンジン
より劣るというように、両者は相反する問題を抱えてい
る。副室式エンジンが直噴式エンジンより熱効率が劣る
最大の要因は、（１）副室で一次燃焼した後、主室での
二次燃焼をおこなうため燃焼時間が長くなること、
（２）主室と副室を連通する連絡口による絞り損失があ
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、等があげられる。

【０００５】本出願人は、副室式エンジンにおける上記
の問題に対処し、熱効率を直噴式エンジンと同程度に向
上させるため、第５図に示す新規な副室式エンジンを開
発し、特願平５−４６１７５号として出願した。この副
室式エンジンは、シリンダヘッド１に設けた副燃焼室２
と、シリンダに設けられ吸入空気がスワール流となる主
燃焼室９と、前記副燃焼室２中心から偏心した位置に複
数形成された連絡口を備えている。かつ連絡口は前記副
燃焼室２への空気の流入方向が前記主燃焼室のスワール
流と逆方向となり、前記副燃焼室２から前記主燃焼室へ
の噴き出し方向が前記主燃焼室のスワール流に順流方向
となるように形成されている。

【０００６】本構造により副室内の空気流動は適正化さ
れ、副室で着火後主室への火炎の噴出エネルギーの減衰
が少なく、さらに短時間で主室最外周部まで火炎が到達
するため、空気利用率が向上しＮＯｘやパティキュレー
ト等の有害物質の生成が抑えられ、しかも出力も向上す
るものである。

【０００７】本出願人が開発したこの新規なエンジン
は、燃焼が良好で十分に所期の目的を達成するものでは
あるが、さらに検討を加えた結果、連絡口５が主燃焼室
周辺部に向かって開口しているために、主燃焼室９にお
ける二次燃焼時、主燃焼室中心部での新気取り込みがや
や不足するという点でいまだ改良の余地が残されている
ことが判明した。この発明は、本出願人の開発したエン
ジンにおける、主燃焼室中心部での新気取り込み不足と
いう問題点を改善し、合わせて、主室に発生するスワー
ルを増強維持して、二次燃焼を活発にし空気利用率を更
に高めて燃焼時間を短くしようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、シリンダヘッドにシリンダ中心軸と中
心軸をほぼ同じくして設けた副燃焼室と、シリンダに設
けられ吸入空気がスワール流となる主燃焼室と、主燃焼
室と副燃焼室とを連通させる連絡口とを有し、この連絡
口は、前記副燃焼室の中心軸から偏心させた位置に複数
個形成され、かつ前記副燃焼室への空気の流入方向が前
記主燃焼室のスワール流と逆方向で、前記主燃焼室への
燃焼ガスの吹き出し方向がスワール流に順流方向となる
よう形成されている副室式エンジンにおいて、前記主燃
焼室には、中心軸を前記主燃焼室中心軸とほぼ同じくす
る円柱上の突起をピストン頂面または前記副燃焼室下部
に設け、前記突起とピストン上死点付近で嵌入し合う窪
みを前記副燃焼室下部またはピストン頂面に設けるよう
にしたものである。

【０００９】

【作用】この発明の基礎となる本出願人の開発した副室
式エンジンでは、シリンダヘッド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
から偏心した位置に複数形成されている。空気が副燃焼
室に流入するときは前記副燃焼室内でのスワール流は前
記主燃焼室内のスワール流と逆方向に発生するので、副
燃焼室内のスワール流は比較的弱く、燃焼に伴うＮＯｘ
の発生が少なくかつ熱損失も少ない。そして副燃焼室か
らの噴出流は主燃焼室スワールと順流方向となり、しか
も前記副燃焼室はシリンダ中心軸付近に設けてあるた
め、前記複数の連絡口とシリンダ壁面との距離が短く出
来、当然前記連絡口からの噴流の到達距離が短くなるの
で、燃焼時間が短くなる。さらに、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るので、絞り損失
が低減する。

【００１０】この発明の副室式エンジンにおいては、主
燃焼室中心部に設けた円柱状の突起と窪みが嵌入し合う
ピストン上死点付近では、主燃焼室中心部の空気は周辺
部に押し出され、そこで燃料との混合が行われるので空
気利用率が向上する。また、主燃焼室はドーナツ状とな
り吸気により発生したスワール流を強く、長く維持する
ことが出来、さらに副燃焼室からの噴流の一部を前記円
柱状突起の側面によりガイドして旋回流となすことが出
来るので、新気との混合は強力に行われ、燃焼スピード
を更にアップできる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
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Ａ−Ａ断面図である。

【００１２】アルミ合金等の金属材料からなるシリンダ
ヘッド１には、セラミックスあるいは耐熱金属等で形成
された副燃焼室２が、シリンダヘッド１のシリンダ中心
軸上に設けられる。副燃焼室２には多噴口の燃料噴射ノ
ズル３が配置されており、更に主燃焼室９との連絡口５
が一体的に設けられている。連絡口５は副燃焼室２の内
側面に対して接線方向で、かつ水平方向に対しても角度
を持たせて複数個設けられる。この連絡口５の傾きの方
向は、副燃焼室から主燃焼室への噴出方向が主燃焼室９
内の吸気スワールと同方向に、したがって副燃焼室への
空気の流入方向は吸気スワールと逆方向となるようにし
てある。吸気ポート４は公知のスワールポートとなって
おり、吸入行程時にシリンダ内には吸気スワールが発生
する。

【００１３】ピストン６はペントルーフ型の頂面をもち
その中心部には円柱状突起７が形成されている。また円
柱状突起７に相対する副燃焼室２のシリンダ側には、窪
み８がピストン上死点付近で円柱状突起７と嵌入するよ
うに設けられている。円柱状突起７と窪み８が嵌入を開
始するのは、クランク角で上死点前３０度〜１０度程度
に設定するのが望ましい。

【００１４】以上のように構成された副室式エンジンに
おいては、吸入行程にて主燃焼室スワールＳが図２の矢
印の向きに発生する。圧縮行程ではピストン上昇にとも
ない、吸入された空気は、副燃焼室２に流入するが連絡
口５の向きがスワールＳと逆方向のため、副燃焼室２内
に生じるスワールも逆向きとなる。ピストンが上死点付
近迄上昇すると、円柱状突起７と窪み８が嵌入し始める
が、この状態において形成されるドーナツ状の主燃焼室
の中心部９１には、円柱状突起７により整流された主室
内スワールが保存される。

【００１５】多噴口の燃料噴射ノズル３より燃料が噴射
されると、副燃焼室２内では燃料に対する空気過剰率が
小さい状態の、すなわち高当量比の一次燃焼が起こり、
ＮＯｘの発生は少ない。またこの時、副燃焼室２のスワ
ールは、連絡口５の設定された傾きによりその強さを制
限されているので、過大になることがなく、副燃焼室２
壁面よりの熱の流出は最小限に抑えられる。連絡口５よ
り噴出する火炎は図３のように、直接主燃焼室の周辺部
９２に向かう流れベクトルＡと、主燃焼室の中心部対す
る接線方向の流れベクトルＢとを有する。流れベクトル
Ｂは副燃焼室内側面に対して接線方向、すなわち円柱状
突起側面に対しても接線方向であるため、主燃焼室の中
心部９１にて強い旋回流となる。この時、保存されてい
た主室内スワールと同方向の流れとなるため、さらに旋
回流は助長される。

【００１６】また、流れベクトルＡは主燃焼室９の半径
方向に近い方向を持ち、主燃焼室の周辺部９２の残留ス
ワールの流れに合流して、主燃焼室の９外周部まで短時
間で炎を到達させられる。ピストンが下降を始めると、
主燃焼室の中心部９１で生じた旋回流が徐々に広がりな
がら、主燃焼室９内で活発な二次燃焼となりスモーク、
パティキュレート等の発生は低減される。このように主
燃焼室内の中心部、周辺部でそれぞれ二次燃焼が進行す
るため燃焼時間は短縮される。

【００１７】別の実施例を図４に示す。この例では、円
柱状突起７を副燃焼室２のピストン側に設け、窪み８を
ピストン６に設けた点を除けば同一構成のため説明を省
略する。さらに本発明の実施例では、ピストンの頂面を
ペントルーフタイプとしたが一般的な平面形状としても
よい。また、副燃焼室内面の平断面を多角形状で説明し
たが円形状でも差し支えはない。また、実施例では圧縮
点火式エンジンで説明したが、火花点火式エンジンであ
る、ガソリン、ガスエンジンにも適用できる。

【００１８】

【発明の効果】この副室式エンジンは、副燃焼室ではＮ
Ｏｘの発生の少ない、また最適化された副室スワールに
より熱量の損失が少なく、燃焼効率の優れた燃焼が行わ
れる。副燃焼室から噴出した火炎は、主燃焼室中心部の
旋回流から空気を取り込みながら主燃焼室に広がるの
で、主燃焼室での燃焼が主燃焼室中心部と主燃焼室周辺
部９２との同時進行となり、二次燃焼のための新気導入
はスムーズかつ早く行われる。これらのことより、主燃
焼室の空気を余すこと無く利用しつつ燃焼時間を短縮で
き、スモーク、パティキュレートが少なくかつ出力も向
上する副室式エンジンを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の副室式エンジンを示す断面図

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図

【図３】 副燃焼室からの噴出流の説明図

【図４】 本発明の副室式エンジンの他の実施例を示
す断面図

【図５】 従来の副室式エンジンの断面図

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ 副燃焼室 ３ 燃料噴射ノズル ４ 吸気ポート ５ 連絡口 ６ ピストン ７ 円柱状突起 ８ 窪み ９ 主燃焼室 ９１ 主燃焼室の中心部 ９２ 主燃焼室の周辺部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドにシリンダ中心軸と中心軸
   をほぼ同じくして設けた副燃焼室と、シリンダに設けら
   れ吸入空気がスワール流となる主燃焼室と、主燃焼室と
   副燃焼室とを連通させる連絡口とを有し、この連絡口
   は、前記副燃焼室の中心軸から偏心させた位置に複数個
   形成され、かつ前記副燃焼室への空気の流入方向が前記
   主燃焼室のスワール流と逆方向で、前記主燃焼室への燃
   焼ガスの吹き出し方向がスワール流に順流方向となるよ
   う形成されている副室式エンジンにおいて、前記主燃焼
   室には、中心軸を前記主燃焼室中心軸とほぼ同じくする
   円柱上の突起をピストン頂面または前記副燃焼室下部に
   設け、前記突起とピストン上死点付近で嵌入し合う窪み
   を前記副燃焼室下部またはピストン頂面に設けたことを
   特徴とする副室式エンジン。