JPH0763058A - 燃料噴霧の衝突面を有する副室式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、副燃焼室内での空気流動を低減
し、性能をアップし、ＮＯ_X とスモークの発生を抑制す
ると共に、燃費を向上させる燃料噴霧の衝突面を有する
副室式エンジンを提供することである。 【構成】 本発明は、シリンダヘッド７に形成した副燃
焼室２、副燃焼室２とシリンダ側に形成した主燃焼室１
を連通する複数の連絡孔６、及び副燃焼室２に噴孔８を
開口する燃料噴射ノズル５を有する。噴孔８から噴射さ
れる噴射燃料が衝突する衝突面１０が副燃焼室２の壁面
１７に形成され、衝突面１０は噴孔８からの噴射燃料の
液柱分裂開始距離に位置設定されている。また、衝突面
１０は噴射燃料の衝突後の噴霧が連絡孔６の開口１５近
傍に集まる傾斜角度に噴射方向に対して傾斜している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダ側に主燃焼
室を且つシリンダヘッドに副燃焼室を備えた燃料噴霧の
衝突面を有する副室式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、渦流式燃焼室については、シリン
ダヘッドに球状の副室が形成され、該副室は接線方向に
伸びる連絡孔を通じてシリンダ側の主室に連通してい
る。主室から連絡孔を通じて副室に導入される吸入空気
は、副室に対して接線方向に形成された連絡孔を通じて
主室から連絡孔を通じて副室に導入され、副室内に強力
なスワール流を形成する。副室内に噴射された燃料は強
力なスワールと該スワール流によって生じる２次元流れ
により混合攪拌が行われる。火炎への空気導入も同様の
プロセスである。

【０００３】また、副室式ディーゼルエンジンとして
は、例えば、特開平３−２４２４２１号公報に開示され
たものがある。該副室式ディーゼルエンジンは、シリン
ダヘッドに配置した副室、該副室と主室とを連通する連
絡孔、副室の中心軸上で連絡孔の方向に燃料を噴射する
燃料噴射ノズル、及び燃料噴射ノズルからの噴射燃料を
衝突させるための副室内に配置した耐熱性の板体を有す
るものである。

【０００４】また、渦流式燃焼室としては、例えば、実
開平５−１９５２５号公報に開示されたものがある。該
渦流式燃焼室は、シリンダ側に形成した主室、シリンダ
ヘッドに形成した角筒形の副室、該副室の角筒面に開口
して前記副室と前記主室とを連通する連通孔、前記副室
内の渦流中心軸方向に外向きに突出して前記副室に補助
燃焼室を形成する傾斜衝突面、及び該傾斜衝突面に対向
した多噴孔を備え且つ該多噴孔から前記傾斜衝突面に噴
射燃料を衝突させて該衝突燃料を前記副室内に拡散させ
る燃料噴射ノズルを有するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、断熱エ
ンジンの高温燃焼において、従来の燃焼室、噴射系では
高温雰囲気に見合った高速の混合気生成を得ることがで
きず、ＮＯ_X の増大、スモーク増大、燃費の悪化等の問
題がある。副燃焼室による高当量比での一次燃焼はＮＯ
_X の低下、主室での二次燃焼によるスモーク低下、燃費
の低減に効果のあることが確認されているが、断熱エン
ジンでは高温雰囲気であるために一次燃焼は未だ不十分
である。

【０００６】従来の副室式エンジンでは、衝突後の燃料
噴霧を副室内の空気流動で混合させることを目的とする
ものが大半である。即ち、副室式エンジンでは、連絡孔
から副燃焼室に流入する空気流動と、燃料噴射ノズルの
噴孔からの燃料噴霧の噴霧エネルギーにより、吸入空気
と燃料とを混合し、燃焼を行わせており、混合気生成が
空気流動である。副室内での空気流動が大きくなると、
燃焼室壁面と燃焼ガスとの間の熱伝達率が増加してシリ
ンダヘッドからの放熱量が増大し、出力性能が低下する
という問題があった。

【０００７】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、副燃焼室をシリンダヘッドに形成
し、副燃焼室の壁面に衝突面を形成し、該衝突面の設定
位置及び傾斜角度を適正化することによって、燃料の衝
突面への衝突により発生する衝突エネルギーを利用して
混合を促進し、燃料噴霧への空気導入を増加させて混合
気を生成し、副燃焼室内での空気流動を減少させてエン
ジンの放熱量を低減し、出力性能を向上させる燃料噴霧
の衝突面を有する副室式エンジンを提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成した副燃焼室、該副
燃焼室とシリンダ側に形成した主燃焼室を連通する連絡
孔及び前記副燃焼室に噴孔を開口する燃料噴射ノズルを
有する副室式エンジンにおいて、前記噴孔から噴射され
る噴射燃料が衝突する衝突面が前記副燃焼室の壁面に形
成され、前記衝突面は前記噴孔からの噴射燃料の液柱分
裂開始距離に位置設定され、且つ前記衝突面は噴射燃料
の衝突後の噴霧が前記連絡孔の開口近傍に集まる傾斜角
度に噴射方向に対して傾斜していることを特徴とする燃
料噴霧の衝突面を有する副室式エンジンに関する。

【０００９】また、この燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンにおいて、前記副燃焼室は前記シリンダのほ
ぼ中心軸上、又は前記シリンダの中心軸から偏心した位
置の前記シリンダヘッドに設けられている。

【００１０】また、この燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンにおいて、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔は
多噴孔であり、前記連絡孔は複数個形成され且つ前記副
燃焼室から前記主燃焼室へ拡散する方向に互いに傾斜し
ている。

【００１１】

【作用】この発明による燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンは、上記のように構成されており、次のよう
に作用する。即ち、この燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンは、燃料噴射ノズルの噴孔から噴射される噴
射燃料が衝突する衝突面を副燃焼室の壁面に形成し、前
記衝突面を前記噴孔からの噴射燃料の液柱分裂開始距離
に位置設定し、且つ前記衝突面を噴射燃料の衝突後の噴
霧が連絡孔の開口近傍に集まるように傾斜させているの
で、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射れた燃料が
液状で前記衝突面に衝突し、その時発生する衝突エネル
ギーで噴射燃料を前記連絡孔の開口近傍に集め、燃料噴
霧内に流入空気を導入し、混合気を生成を促進し、前記
副燃焼室内での空気流動を低減し、前記副燃焼室壁面と
燃焼ガスとの間の熱伝達率を低減し、シリンダヘッドへ
の放熱量を抑制して出力をアップし、エンジン性能を向
上させる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による燃料
噴霧の衝突面を有する副室式エンジンの実施例を説明す
る。図１はこの発明による燃料噴霧の衝突面を有する副
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１の副室式エンジンの
原理を示す説明図、及び図４は燃料噴射ノズルからの燃
料噴霧を示す説明図である。

【００１３】この燃料噴霧の衝突面を有する副室式エン
ジンは、シリンダブロック１３に固定されたシリンダヘ
ッド７、シリンダヘッド７に形成したキャビティ９に配
置した副室壁体３、該副室壁体３内に形成した副燃焼室
２、副燃焼室２に燃料を噴射する燃料噴射ノズル５、及
び副燃焼室２をシリンダ１２側の主燃焼室１に連通する
連通孔６を有している。連絡孔６は、主燃焼室１から連
絡孔６を通じて副燃焼室２へ導入される吸入空気に副燃
焼室２内で空気流動を抑制するように、副室壁体３に複
数個形成され、副燃焼室２の内壁面１７に対して傾斜し
て形成されている。燃料噴射ノズル５は、複数個の噴孔
８を有しており、副燃焼室２の中心軸上に配置されてい
る。シリンダヘッド７には吸排気ポート１８が形成さ
れ、該吸排気ポート１８には吸排気バルブ１９が配置さ
れている。主燃焼室１は、例えば、シリンダブロック１
３の孔部２１に嵌合したシリンダライナ２０で形成され
るシリンダ１２とシリンダヘッド下面１１とで形成され
る空間、或いはピストン１４に形成された凹部で構成さ
れるものである。燃料噴射ノズル５は、複数個の噴孔即
ち多噴孔８を備えている。

【００１４】この副室式エンジンにおいて、副燃焼室２
はシリンダ１２のほぼ中央に形成されるように、副室壁
体３がシリンダ１２のほぼ中心軸上のシリンダヘッド７
に配置されている。副燃焼室２は、断熱構造に構成で
き、副燃焼室２の断熱構造は、図示していないが、例え
ば、シリンダヘッド７に形成されたキャビティ９に断熱
層を介在させて耐熱性、断熱性に富んだセラミックスか
ら成る副室壁体３を配置することで構成できる。副室壁
体３は、図示していないが、固定金具、焼き嵌め、圧入
等でシリンダヘッド７に固定されている。副室壁体３の
外側面とシリンダヘッド７のキャビティ９の内面との間
には、断熱空気層を形成し、副燃焼室２の断熱度を向上
させることができる。また、副室壁体３の下面はシリン
ダヘッド下面１１の一部を構成し、該副室壁体３の下面
には副燃焼室２をシリンダ１２側に形成した主燃焼室１
に連通する連絡孔６が複数個開口している。しかも、連
絡孔６は、副燃焼室２から主燃焼室１へ拡散する方向に
互いに傾斜し、副燃焼室中心軸の周囲方向に隔置して形
成されている。

【００１５】この燃料噴霧の衝突面を有する副室式エン
ジンは、特に、副燃焼室２の形状に特徴を有するもので
ある。即ち、副燃焼室２には、燃料噴射ノズル５の噴孔
８から噴射される噴射燃料が衝突する衝突面１０が副燃
焼室２の壁面１７から突出した状態に形成されている。
衝突面１０は、燃料噴射ノズル５が配置されている副室
壁体３の中央上部からテーパ状の傾斜面４の先端部に形
成されている。衝突面１０は、燃料噴射ノズル５の噴孔
８からの噴射燃料が拡散を開始する液柱分裂開始距離Ｌ
ｂ（図３及び図４参照）に位置設定され、しかも、衝突
面１０の傾斜角度θ（図３参照）が噴射燃料の衝突後の
噴霧が連絡孔６の開口１５近傍に集まるように噴射方向
に対して傾斜していることである。即ち、図６に示すよ
うに、燃料噴射ノズル５の噴孔８から噴射された噴射燃
料は、最初は所定距離即ち液柱分裂開始距離Ｌｂまでが
液柱噴射燃料ＬＦであり、その後、噴射燃料の液柱が拡
散を開始し、分裂噴射燃料ＳＦとなって拡散し、燃料噴
霧のペネトレーションＬの限界距離へと噴霧される。

【００１６】更に、この副室式エンジンにおいて、衝突
面１０は、噴射燃料の衝突後の噴霧が連絡孔６の開口１
５近傍に集まるように燃料の噴射方向に対して傾斜して
おり、衝突面１０を構成する傾斜面４は燃料噴射ノズル
５の噴孔８からの燃料の噴射方向に対して衝突角度θが
１０°〜４５°の範囲に形成されている。また、衝突面
１０は、噴孔８からの噴射燃料の液柱分裂開始距離Ｌｂ
に位置設定されているものであり、衝突面１０は噴孔８
から衝突面１０までの距離Ｄは７ｍｍ〜１５ｍｍ程度の
距離の位置に設定されている。この設定距離Ｄは、燃料
噴射ノズル５の噴射圧、噴孔８の口径、副燃焼室２内の
温度及び圧力に応じて決定すればよいものである。

【００１７】図５は衝突角度θに対する燃料噴射ノズル
５から噴射される単位長さ当たりの噴霧体積及び噴霧ペ
ネトレーションの関係を示すグラフ、図６は噴射期間に
対するペネトレーションの長さＬの関係を示すグラフ、
及び図７はペネトレーションＬに対する液柱分散開始距
離Ｌｂの比（Ｌ／Ｌｂ）に対する空気導入量の関係を示
すグラフである。

【００１８】図５から分かるように、衝突面１０の傾斜
角度θは、単位長さ当たりの噴霧体積は曲線Ｖで示すよ
うに変化するものであり、その時の副燃焼室２内でのガ
スの巻き込み量が曲線Ｇで示すようになっている。燃料
噴射ノズル５の噴孔８から噴射される噴射燃料の衝突面
１０への衝突効果から考慮すると、衝突面１０の傾斜角
度θは１０°以下ではその衝突エネルギーの効果が現れ
ない。また、燃料噴霧のペネトレーションＬが到達でき
る範囲は衝突角度θが４５°が限界である。そこで、燃
料噴霧のペネトレーションＬが到達できる範囲を考慮す
ると共に、副燃焼室２内に存在するガスの巻き込み量が
低下しない領域を考慮して、衝突面１０の傾斜角度θは
４５°に設定することが好ましいものである。即ち、こ
の副室式エンジンでは、衝突面１０の傾斜角度θは、１
０°〜４５°の範囲に形成されることが衝突エネルギー
を活かすことを考慮して好ましいものである。

【００１９】また、図４及び図６に示すように、燃料噴
射ノズル５の噴孔８から噴射された噴射燃料は、噴射時
からの噴射期間Ｔ（ｍｓｅｃ）に対するペネトレーショ
ンＬの長さは曲線Ｌのように変化しており、燃料噴射時
から０．１ｍｓｅｃの噴射期間で液柱分裂が始まり、そ
の液柱分裂開始距離Ｌｂになる。更に、ペネトレーショ
ンＬに対する液柱分裂開始距離Ｌｂの比（Ｌ／Ｌｂ）に
対する空気導入量ＡＶは、噴射燃料が液柱である期間即
ち（Ｌ／Ｌｂ）≦１では、直線Ｓで示すように、空気巻
き込みの空気導入量ＡＶが増大する。しかしながら、噴
射燃料が液柱から分裂即ち拡散を開始時期即ち（Ｌ／Ｌ
ｂ）＞１では、直線Ｔで示すように、空気巻き込みの空
気導入量ＡＶが急激に減少する。このことから、空気の
巻き込み量を増大させることを考慮すると、衝突面１０
は液柱分裂開始距離Ｌｂの比（Ｌ／Ｌｂ）＝１の位置に
設定されることが最も好ましいことになる。

【００２０】次に、この発明による燃料噴霧の衝突面を
有する副室式エンジンの別の実施例を、図８及び図９を
参照して説明する。図８はこの発明による燃料噴霧の衝
突面を有する副室式エンジンの別の実施例を示す断面
図、及び図９は図８の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
この実施例は、上記実施例と比較すると、副燃焼室のシ
リンダヘッドへの配置位置が相違する以外は、全く同一
の構成及び機能を有するので、同一の部品には同一の符
号を付して重複する説明を省略する。即ち、この燃料噴
霧の衝突面を有する副室式エンジンでは、副燃焼室２は
シリンダ１２の中心軸から偏心した位置のシリンダヘッ
ド７に設けられているものである。また、連絡孔６は、
上記実施例では副燃焼室中心軸の全周に隔置して形成さ
れていたのに比較して半分の数であり、主燃焼室１側に
向かって拡散する方向に形成されている。

【００２１】

【発明の効果】この発明による燃料噴霧の衝突面を有す
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。即ち、この燃料噴霧の衝突面を
有する副室式エンジンは、燃料噴射ノズルの噴孔から噴
射される噴射燃料が衝突する衝突面が副燃焼室の壁面に
形成され、前記衝突面は前記噴孔からの噴射燃料の液柱
分裂開始の距離に位置設定され、且つ前記衝突面は噴射
燃料の衝突後の噴霧が連絡孔の開口近傍に集まるように
傾斜しているので、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から
噴射された燃料が液状で前記衝突面に衝突し、該衝突エ
ネルギーで前記連絡孔の開口近傍に集まった燃料噴霧内
に前記連絡孔から前記副燃焼室に流入した空気を導入
し、混合気を生成を行い、前記副燃焼室内での空気流動
を低減し、前記副燃焼室壁面と燃焼ガスとの間の熱伝達
率を低減し、シリンダヘッドへの放熱量を抑制し、出力
をアップしてエンジン性能を向上させる。

【００２２】即ち、この燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンは、燃料噴射ノズルの噴孔から噴射された噴
射燃料は前記衝突面に衝突して衝突エネルギーで拡散す
るが、その燃料噴霧中に連絡孔から導入された空気が噴
き込まれ、燃料噴霧中への空気導入が増加し、スモーク
の発生を抑制すると共に、ＮＯ_X の発生を抑制し、熱効
率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による燃料噴霧の衝突面を有する副室
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１の副室式エンジンの原理を示す説明図であ
る。

【図４】燃料噴射ノズルからの燃料噴霧を示す説明図で
ある。

【図５】衝突角度θに対する燃料噴射ノズルから噴射さ
れる単位長さ当たりの噴霧体積及び噴霧ペネトレーショ
ンの関係を示すグラフである。

【図６】噴射期間に対するペネトレーションＬの長さの
関係を示すグラフである。

【図７】ペネトレーションＬに対する液柱分散開始距離
Ｌｂの比（Ｌ／Ｌｂ）に対する空気導入量の関係を示す
グラフである。

【図８】この発明による燃料噴霧の衝突面を有する副室
式エンジンの別の実施例を示す断面図である。

【図９】図８の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

【符号の説明】

１ 主燃焼室 ２ 副燃焼室 ３ 副室壁体 ４ 傾斜面 ５ 燃料噴射ノズル ６ 連絡孔 ７ シリンダヘッド ８ 噴孔 １０ 衝突面 １２ シリンダ Ｌｂ 液柱分裂開始距離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成した副燃焼室、該
   副燃焼室とシリンダ側に形成した主燃焼室を連通する連
   絡孔及び前記副燃焼室に噴孔を開口する燃料噴射ノズル
   を有する副室式エンジンにおいて、前記噴孔から噴射さ
   れる噴射燃料が衝突する衝突面が前記副燃焼室の壁面に
   形成され、前記衝突面は前記噴孔からの噴射燃料の液柱
   分裂開始距離に位置設定され、且つ前記衝突面は噴射燃
   料の衝突後の噴霧が前記連絡孔の開口近傍に集まる傾斜
   角度に噴射方向に対して傾斜していることを特徴とする
   燃料噴霧の衝突面を有する副室式エンジン。
2. 【請求項２】 前記副燃焼室は前記シリンダのほぼ中心
   軸上、又は前記シリンダの中心軸から偏心した位置の前
   記シリンダヘッドに設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の燃料噴霧の衝突面を有する副室式エンジ
   ン。
3. 【請求項３】 前記燃料噴射ノズルの前記噴孔は多噴孔
   であり、前記連絡孔は複数個形成され且つ前記副燃焼室
   から前記主燃焼室へ拡散する方向に互いに傾斜している
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴霧の衝突面を
   有する副室式エンジン。