JPS5852328Y2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関、特に燃料噴射電着機関の燃焼室の改
善に関する。

従来の燃料噴射電着機関の燃焼室を第１図に示す。

同図において、ピストン１０１、シリンダ１０２、シリ
ンダヘッド１０３によって形成された燃焼室１０４には
吸入ポート１０５または吸気弁１０６に設けられたシュ
ラウド１０７によって吸入行程で発生した渦流を有する
空気が導入される。

圧縮行程時に噴射ノズル１０８から噴射された燃料は空
気渦流によって燃焼室内において不均一に分布し、また
ピストン頂面のキャビティ１０９ばその分布を適切なも
のにするのに効果がある。

そしてシリンダヘッドに設けられた点火プラグ１１００
近くに可燃混合気が到達したときに、電極１１１に電気
火花をとばし着火させる。

この方式では混合気の形成を渦流の強さとピストンキャ
ビティに依存している。

また点火プラグ付近の空気流速が太きい。

したがって次の欠点を有する。

（１）軽負荷時、噴射量の少ないとき点火プラグに形成
される混合気の空燃比が不安定である。

（２）高負荷時に混合気が過濃となり、燃焼効率の低下
、空気利用度の低下を起こす。

（３）高速時に電極に発生した火花を混合気の流れが吹
きとばして着火を悪くする。

（４）キャビティを設ける必要−Ｅｌ ピストンが重
くなりすぎて高速運転が困難となる。

（５）燃焼室の「表面積／容積」比が増大して、壁面に
よる冷却消炎作用により炭化水素（ＨＣ）の排出が多い
。

本考案の目的は上記欠点を解消して、燃焼始期、燃焼速
度などの安定した燃焼を行う機関を提供することであり
、これにより（１）気化器付ガソリン機関と同じピスト
ンが使用できること、（２）消炎作用の少ない構造とし
て安価な点火系を使用できること等の利点がある。

本考案の特徴とするところは、 （１）スキッシュとスワールを適当に利用できるシリン
ダヘッドにすき１容積をもつ燃焼室構造。

（２） スキッシュとスワールの合成流れによって着
火後の燃焼速度をコントロールできるようにしたシリン
ダヘッドまたはシリンダヘッドとピストンにすき１容積
をもつ燃焼室構造。

（３） 上記（１） 、 （２）項の燃焼室において
、シリンダヘッド側燃焼室から水平方向に第２のシリン
ダヘッド側燃焼室を凹設し、ここに点火プラグの電極を
臨１せ、点火プラグの汚損防止と着火を容易とした燃焼
室構造。

（４）上記（３）項の第２のシリンダヘッド側燃焼室の
下方に隔壁を設け、この隔壁に第２のシリンダヘッド側
燃焼室とシリンダ側燃焼室とを連通ずる連絡孔を穿設し
た燃焼室構造。

としたことである。

以下図面を参照して本考案による実施例につき説明する
。

本考案は、シリンダヘッドにすき１容積をもった燃料噴
射電着機関において、吸入渦流とピストン運動によって
発生する押込渦流を合成した空気流れの作用によってシ
リンダヘッド側の燃焼室に設けた点火プラグ付近に着火
可能な混合気を安定して倶給し、また着火後の燃焼速度
をコントロールできる不均一混合気を形成させる燃焼室
としたことである。

第２図は本考案の基本構造を示す。

同図において、ピストン１、シリンダ２、シリンダヘッ
ド３によって形成される燃焼室４はシリンダヘッドに凹
設されシリンダ軸心に対して非対称な形状を有するシリ
ンダヘッド側燃焼室４′とシリンダの内部に形成される
シリンダ側燃焼室４〃を含んでいる。

シリンダ側燃焼室４〃にはピストンキャビティ１１を含
むことができる。

噴射ノズル５Ｆ′ｉシリンダヘツド３に設けられていて
、ピストン方向へ燃料を噴射する。

点火プラグ６の電極部はシリンダヘッド側燃焼室４′の
噴射ノズルに対し吸入渦流１２の下流側に設けられてい
る。

シリンダヘッド３とピストン１との最少すき１は、ピス
トン１の運動１５によって押込渦流１４を生じるに適切
なように、はぼ２１１Ｅ以下とされ、吸入渦流１２は図
に示されていない吸入装置で吸入行程に発生させる。

噴射装置は噴射時期を噴射量の多いときには早く、噴射
量の少ないときには遅くする構造、たとえば噴射始め時
期可変リード付プランジャを有するボッシュ型燃料噴射
装置、とすることができ、そのときには噴射量に関係な
く遅く噴射した燃料の部分によって着火可能な混合気を
点火プラグ付近に形成させることができる。

作用の説明にあたり、１ず渦流の符号について説明する
。

すなわち、１）吸入渦流１２は吸入行程で発生した渦流
の総称。

ｉｌ）吸入渦流１２′は渦流１２の内でシリンダヘッド
側の燃焼室に存在する部分の渦流（減衰が大きい）。

１１ｉ）押込渦流１４はピストンの上昇運動で発生した
押込渦流の総称。

ＩＶ）押込渦流１４′は押込渦流１４の内でシリンダ側
の燃焼室に存在する部分（その他にピストンキャビティ
側に押込渦流が存在する）。

である。

燃料は吸入行程で形成される吸入渦流１２に対して噴射
ノズル５から噴射されるが、シリンダヘッド側燃焼室４
′内では渦流１２’が減衰しているので、点火プラグ６
付近に着火可能な混合気を形成させようとすると、シリ
ンダヘッド側燃焼室４／内には全体として濃い混合気が
形成されることになる。

そこでピストン運動１５によって適当な強さの押込渦流
１４を発生させ、シリンダヘッド側燃焼室４′において
押込渦流１４′と吸入渦流１２′の合成流れ１６でもっ
て点火プラグ付近に着火可能な混合気を運び、点火プラ
グ６で安定した着火を行わせると共に、シリンダヘッド
側燃焼室４′内に適当な濃度、たとえば点火プラグ付近
で空燃比１２：１ないし１５：１、の混合気の層状の濃
度変化と適当な強さの混合気流れを形成させ、着火した
燃焼を遅滞することなく進行させる。

そしてシリンダ側燃焼室４〃に到達した燃焼はこの部分
に存在する強い渦流１２によって迅速かつ完全に完了さ
せられる。

以下第３図ａ、ｂ及び第４図を参照して本考案の１実施
例につき説明する。

同図において第２図と同一部材は同一符号にて示す。

４′はシリンダヘッド側燃焼室、４ａはシリンダヘッド
側燃焼室４′から水平方向に凹設された第２のシリンダ
ヘッド側燃焼室、４ｂは第２のシリンダヘッド側燃焼室
４ａとシリンダ側燃焼室４〃との間を区画する隔壁、７
は吸気弁、８は吸気ポート、９は吸気弁７に形成された
シュラウド、１１ａはピストン１の頂部に曲設された突
起部である。

６は点火プラグで、同点火プラグ６ば、第３図す及び第
４図に示すように、その電極が第２のシリンダヘッド側
燃焼室４ａに臨み、かつ燃料噴射弁５よりも吸入渦流１
２の下流側（好１しくは吸入渦流１２とスキッシュ流９
０の合成渦流の下流側）に設置されている。

４Ｃは第２のシリンダヘッド側燃焼室４ａとシリンダ側
燃焼室４とを連通ずる連絡孔である。

一般に燃焼室内に吸込渦流、スキッシュ流等の気流が存
在し、その中に燃料を噴射すれば燃焼室内の混合気濃度
の分布は燃料が拡散して行く過程において、場所によっ
て不均一な層状の分布となる。

本考案は燃焼室の形状を工夫して、点火プラグの電極付
近に所要の点火時期に着火可能な濃度の、かつ緩やかな
流速の混合気が到達するように構成したものである。

即ち、上記装置において、ピストン１１ａの上昇によっ
て発生した空気のスキッシュ流９０は、はぼ軸方向に上
昇した後シリンダヘッド側燃焼室４′を経て吸入渦流１
２との共働により、第２のシリンダヘッド側燃焼室４ａ
に入り、さらにその一部は連絡孔４ｃを経てシリンダ側
燃焼室４〃へと循環する。

即ち、点火プラグ６が臨んだ第２のシリンダヘッド側燃
焼室４ａｓ隔壁４ｂ及び連絡孔４ｃを設けることにより
、シリンダ側燃焼室４〃→シリンダヘツド側燃焼室４′
→第２のシリンダヘッド側燃焼室４ａ→連絡孔４ｃ→シ
リンダ側燃焼室４〃と続く混合気の循環路が形成される
ことになるので、点火プラグ６が臨んだ第２のシリンダ
ヘッド側燃焼室に混合気が入り易くなる。

上記循環路の主としてシリンダヘッド側燃焼室４′内の
渦流（合成渦流）中に、燃料噴射弁５より燃料を噴射す
ると、これにより発生した燃料と空気との混合気が上記
循環流にのって第２のシリンダヘッド側燃焼室４ａ内に
入り、点火プラグ６の周囲に集する。

点火プラグ６によりこの混合気中に火花放電すると、第
２のシリンダヘッド側燃焼室４ａ内で着火が始１す、こ
の火炎はシリンダヘッド側燃焼室４′のみならず連絡孔
４ｃを通っても拡散して行き、燃焼室全体に伝播されて
行く。

なお、第４図に示すように、第２のシリンダヘッド側燃
焼室４ａの平面形状をシリンダの軸心を中心とした円弧
状に形成すれば、該燃焼室４ａ内において吸入渦流の流
動エネルギを有効に利用することができる。

上述のように本考案による場合は次のような効果がある
。

（１）シリンダヘッド燃焼室内では弱い吸入渦流と必要
な場所へ必要な強あの押込渦流を生じることによって、
混合気を不均一に分布させ軽質荷時噴射量が少ないとき
にも、たとえば空燃比１２：１ないし１５：１程度の着
火可能な混合気が安定して得られる。

（２）高負荷時の噴射量の多いときには、燃料の多くは
押込渦流の弱い時期にシリンダ側燃焼室の強い渦流の内
に噴射されるので、空気利用度が向上し高出力を得るこ
とができる。

（３）混合気の渦流は点火プラグのあるシリンダヘッド
側燃焼室では弱いので、高速時でも火花の安定性を確保
でき着火を安定させる。

その結果、特にエネルギの強い点火系を必要としない。

（４）第２のシリンダヘッド側燃焼室とシリンダ側燃焼
室との間の隔壁に連絡孔を設けたので、第２のシリンダ
ヘッド側燃焼室内の混合気が連絡孔を経てシリンダ側燃
焼室に循環することにより第２のシリンダヘッド側燃焼
室内に混合気がよどむことなく点火プラグの周囲に適当
な流動速度の濃い混合気が形成され着火性が向上し、完
全燃焼をなくすことができる。

また、第２のシリンダヘッド側燃焼室内で着火された燃
焼炎がシリンダヘッド側燃焼室のみならず連絡孔からシ
リンダ側燃焼室へも拡散するので、燃焼速度が速くなり
燃焼性能が向上する。

（５）シリンダヘッド側に燃焼室を設けたためにピスト
ン頂面にキャビティを設ける必要がなく、また設けても
小容積ですみ、そのためにピストンを軽くすることがで
き、振動軽減と機関の高速化が計れる。

（６）燃焼室の形状は通常の頭上弁型ガソリン機関のそ
れに近似していて燃焼室をコンパクトに作ることかでき
、燃焼室の「表面積／容積」比を小さくして炭化水素（
ＨＣ）の排出を低減できる。

（７）シリンダヘッド側燃焼室内では弱い渦流と押込渦
流の合成流れが、シリンダ側燃焼室内では強い渦流が形
成されるために、燃焼初期のシリンダヘッド側燃焼室内
ではゆっくりしたしかも遅滞のない燃焼を、またシリン
ダ側燃焼室内では過剰空気中でしかも速い燃焼を起こさ
せることができ、燃焼温度の上昇を制御し、しかも完全
な燃焼を実現でき、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素
（ＣＯ）の排出の少ないきれいな燃焼を可能とする。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の燃料噴射電着機関の燃焼室を示す断面図
、第２図は本考案の基本構造を示す説明図、第３図ａＦ
ｉ本考案による１実施例の燃焼室を示す断面図、第３図
すは第３図ａのＡ−Ａ矢視断面図、第４図は第３図ａの
場合の上から見た燃焼室関係の配置図である。 １はピストン、２はシリンダ、３はシリンダヘッド、４
Ｉｒｉ燃焼室、４′はシリンダヘッド側燃焼室、４〃は
シリンダ側燃焼室、４ａは第２のシリンダヘッド側燃焼
室、４ｂは同燃焼室４ａの下端面を形成する隔壁、４ｃ
は連絡孔、５は噴射ノズル、６は点火プラグ、７は吸気
弁、８は吸入ポート、９はシュラウド、１１はピストン
キャビティ、１１ａはピストン凸部、１２は吸入渦流、
１３ｔ−を噴霧形状、１４は押込渦流である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料噴射弁と点火プラグとを有し、吸気弁からシリンダ
   内に吸入される空気にシリンダの軸心線にほぼ直角な平
   面に沿う吸入渦流を生起せしめ上記空気中に燃料噴射弁
   により燃料を噴射し点火プラグにより着火Ｍせしめる４
   サイクル燃料噴射式火花点火機関にむいて、シリンダヘ
   ッドに凹設され上記吸入渦流とピストンの圧縮行程時に
   生成される押込渦流とを合成せしめて合成渦流を生成せ
   しめるシリンダヘッド側燃焼室とピストンの上部及びシ
   リンダの内部に形成され内部に上記吸入渦流が生成され
   るシリンダ側燃焼室とを備え、上記シリンダヘッド側燃
   焼室に隣接して第２のシリンダヘッド側燃焼室を設ける
   と共に該第２のシリンダヘッド側燃焼室と上記シリンダ
   側燃焼室との間に隔壁を設は該隔壁内に上記第２のシリ
   ンダヘッド側燃焼室と上記シリンダ側燃焼室とを連通ず
   る連絡孔を穿設し、上記燃料噴射弁をシリンダヘッドに
   装着すると共にその噴口を上記シリンダヘッド側燃焼室
   に臨ませ、上記点火プラグをその電極が上記第２のシリ
   ンダヘッド側燃焼室に臨みかつ上記燃料噴射弁よりも上
   記吸入渦流の下流側になるように配置したことを特徴と
   する内燃機関の燃焼室。