JPH0742555A

JPH0742555A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH0742555A
Application number: JP20558293A
Authority: JP
Inventors: Zuigun You; 瑞群楊
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1995-02-10
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3275470B2

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、主室１と副室２とを連通する連絡
孔４を副室構造体９に複数個形成する。各連絡孔４Ｃ，
４Ｅは、それらの内壁面２３に螺旋溝２２がそれぞれ形
成されている。螺旋溝２２の傾斜角度θ₁，θ₂は、各
連絡孔４Ｃ，４Ｅによって異なっており、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
噴出されるようにそれぞれ設定されている。

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５１−１５０３０４号公報に
は、ディーゼル機関の予燃焼室が開示されている。該デ
ィーゼル機関の予燃焼室は、予燃焼室と主燃焼室を連結
する噴口の周壁に複数個の旋回溝を設けたものである。

【０００４】また、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。

【０００５】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。

【０００６】

【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。

【０００７】特に、副室式エンジンでは、主室に存在す
る空気分布は場所によって異なっている。このような異
なった空気分布の領域に副室から同様な形状の連絡孔を
通じて主室へ火炎、未燃混合気等のガスの噴流を噴出さ
せた場合に、主室での空気と噴流との混合が不均一にな
ってスモーク、すす等の発生の原因になる。また、副室
に流入する時の空気流動が強すぎる場合には、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、Ｎ
Ｏ_Xの排出量が増加することになったり、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
が低下したり、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、副室から主室
への噴流の到達距離を連絡孔壁面に形成した螺旋溝の形
状を連絡孔ごとに異ならせ、主室の全領域に噴流が短期
に到達させ、それによって、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、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
に設けられた副室、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、前記副室をシリン
ダ中心から偏心して配置し、前記連絡孔を形成する内壁
面に螺旋溝を形成し、前記各連絡孔にそれぞれ形成した
前記各螺旋溝をそれぞれ異なった傾斜角度に形成し、前
記副室から前記連絡孔を通って前記主室に噴出する噴流
の到達距離を前記主室の空気分布に対応して異ならせた
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
主室をピストン頂面に形成した凹部で構成し、前記主室
の終端までの距離が長い領域に対応した前記連絡孔に形
成した前記螺旋溝の傾斜角度を大きくしたものである。

【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、副室をシリンダ中心から偏心して配置し、連
絡孔を形成する内壁面に螺旋溝を形成し、前記各連絡孔
にそれぞれ形成した前記各螺旋溝をそれぞれ異なった傾
斜角度に形成したので、前記副室から前記連絡孔を通っ
て主室に噴出する火炎、未燃混合気等のガス即ち噴流
は、異なった前記螺旋溝によってそれぞれ異なった旋回
流となり、前記主室内で乱流即ち乱れを発生させて空気
との混合を短期に促進すると共に、噴流の到達距離が異
なることになり、前記主室の空気分布における空気量に
対応して噴流の噴出量を適正にコントロールすることが
でき、前記主室での全領域において混合を均一に且つ短
期に達成でき、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、
カーボン、煤、ＨＣ等の発生を低減することができ、熱
効率を向上できる。

【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に形成
した前記螺旋溝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く、適正な空気流動
を形成する。また、前記主室をピストン頂面に形成した
凹部で構成し、前記主室の終端までの距離が長い領域に
対応した前記連絡孔に形成した前記螺旋溝の傾斜角度を
大きくしたので、前記副室から前記連絡孔を通って前記
主室へ噴き出す噴流は前記主室の終端まで短期に到達で
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、図２は図１の
線Ａ−Ａにおける断面図、図３は図２の線Ｂ−Ｂにおけ
る断面図、及び図４は図２の線Ｃ−Ｃ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、図１では、ピストン８のピストン頂面に形成
された凹部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。主室１と
副室２とを連通する連絡孔４（符号４は連絡孔の総称を
示す）は、副室構造体９の下面部２４に複数形成されて
いる。

【００１６】この副室式エンジンにおいて、副室２はシ
リンダ中心から離れたサイド側に偏心即ちオフセットし
て位置設定されている。連絡孔４は、副室構造体９の下
面部２４に互いに隔置して複数個（図２では３個）形成
されている。各連絡孔４は、主室１の拡がりに対応して
それぞれ位置設定されている。図２では、連絡孔４は、
副室構造体９の径方向に並んだ状態で形成されており、
副室２側の開口２０から主室１側の開口２１へ向かって
ピストン８に形成した主室１側へ傾斜して形成されてい
る。

【００１７】この副室式エンジンにおいて、連絡孔４
は、特に、図３及び図４に示すように、副室構造体９の
下面部２４に形成された連絡孔４を構成する内壁面２３
には、ライフリングである螺旋溝２２が形成されてい
る。各連絡孔４Ｃ，４Ｅにそれぞれ形成された各螺旋溝
２２は、それぞれ異なった傾斜角度θ₁，θ₂に形成さ
れると共に、噴出方向が異なった方向になるように径方
向に対して傾斜した方向に位置設定されて延びている。
連絡孔４Ｃ，４Ｅに形成した螺旋溝２２の傾斜角度
θ₁，θ₂を変化させることによって、副室２から連絡
孔４Ｃ，４Ｅを通って主室１に噴出する噴流の到達距離
は異なり、主室１の空気分布の空気量に適正に対応させ
ることができる。即ち、主室１の終端までの距離が長い
領域に対応した連絡孔４Ｃに形成した螺旋溝２２の傾斜
角度θ₂を大きくし、主室１の終端までの距離が短い領
域に対応した連絡孔４Ｅに形成した螺旋溝２２の傾斜角
度θ₁を小さく形成している。

【００１８】この副室式エンジンでは、連絡孔４Ｃ，４
Ｅに形成された螺旋溝２２は、具体的には、図３及び図
４に示すように、形成されている。即ち、図３に示すよ
うに、副室２の端部に位置する連絡孔４Ｅはその噴出方
向がシリンダ３の径方向に対して傾斜した方向に延びて
おり、副室２の端部に位置する連絡孔４Ｅに形成した螺
旋溝２２の傾斜角度θ₁は小さく形成され、従って隣接
する螺旋溝２２間のピッチＰ₁は短くなる。螺旋溝２２
の傾斜角度θ₁を小さく形成すると、副室２から連絡孔
４Ｅを通じて主室１へ噴き出す噴流の到達距離は、主室
１内で短い距離となる。また、図４に示すように、副室
２の中央に位置する連絡孔４Ｃはその噴出方向がシリン
ダ３の径方向に延びており、副室２の中央に位置する連
絡孔４Ｃに形成した螺旋溝２２の傾斜角度θ₂は大きく
形成され、従って隣接する螺旋溝２２間のピッチＰ₂は
長くなる。螺旋溝２２の傾斜角度θ₂を大きく形成する
と、副室２から連絡孔４Ｃを通じて主室１へ噴き出す噴
流の到達距離は、主室１内で径の長い遠くまで飛び、ペ
ネトレーションを長く伸ばすことができる。従って、副
室２から連絡孔４を通じて主室１へ噴出される噴流は、
主室１のシリンダ壁面までの距離に対応し、主室１に存
在する空気分布に対応した噴流が噴出されることにな
る。

【００１９】従って、この副室式エンジンについては、
副室２からの噴流が主室１内の空気量に対応して噴出さ
れれば、副室２からの火炎、未燃混合気等のガスの噴流
と主室１に残存する新気との混合が均一に且つ短期間に
良好に達成され、二次燃焼のスピードをアップし、燃焼
期間を短縮して熱効率を向上でき、カーボン、煤、ＨＣ
等のパティキュレートの発生が抑制される。しかるに、
この副室式エンジンでは、ぞれの連絡孔４に形成した螺
旋溝２２の傾斜角度がそれぞれ異なった角度に連絡孔４
の壁面２３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。そし
て、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、噴出エネルギー
を小さくし、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。

【００２０】この副室式エンジンでは、連絡孔４に螺旋
溝２２を形成し、傾斜角度を変更することで、副室２で
の旋回流を調整して適正な渦流を生成させることがで
き、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。

【００２１】

【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、副室をシリンダ中心から偏心して
配置し、主室と前記副室とを連通する連絡孔を形成する
内壁面に螺旋溝を形成し、前記各連絡孔にそれぞれ形成
した前記各螺旋溝をそれぞれ異なった傾斜角度に形成
し、前記副室から前記連絡孔を通って前記主室に噴出す
る噴流の到達距離を異ならせたので、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、Ｈ
Ｃ、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。

【００２２】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。

【００２３】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の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図３】図２の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

【図４】図２の線Ｃ−Ｃ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４Ｃ中央の連絡孔４Ｅ端部の連絡孔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２０連絡孔の副室側開口２１連絡孔の主室側開口２２螺旋溝２３内壁面２４下面部 θ₁，θ₂ 傾斜角度Ｐ₁，Ｐ₂ 螺旋溝のピッチ

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
ヘッドに設けられた副室、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、前記副室を
シリンダ中心から偏心して配置し、前記連絡孔を形成す
る内壁面に螺旋溝を形成し、前記各連絡孔にそれぞれ形
成した前記各螺旋溝をそれぞれ異なった傾斜角度に形成
し、前記副室から前記連絡孔を通って前記主室に噴出す
る噴流の到達距離を前記主室の空気分布に対応して異な
らせたことを特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】前記主室をピストン頂面に形成した凹部
で構成し、前記主室の終端までの距離が長い領域に対応
した前記連絡孔に形成した前記螺旋溝の傾斜角度を大き
くしたことを特徴とする請求項１に記載の副室式エンジ
ン。