JPS59105923A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発り」は、燃焼室に配設した燃料噴射ノズルから供給
する燃料噴射量によりエンジン出力を制御するようにし
たエンジンにおける燃焼室＋１６″造に関するものであ
る。

従来、一般に採用されているスロットルンジンにおいて
は、アクセル操作に連動するスロットル弁によって吸気
通路を開閉し、燃焼室に供給する混合気量（充填量）を
調整してエンジン出力を制御するようにしている。しか
して、上記のようなスロットル弁封エンジンにおいて、
エミッション性、燃費性を向上する目的から、できるだ
け希薄な混合気で運転を行おうとする古、着火可能な混
合気の空燃比には限界かあり、全体としてこれ以上の希
薄混合気燃焼を実現することはできｆ，ｉい。

これに対し、上記スロットル弁を廃＋ｈ　Ｌ，、燃焼室
に燃料噴射ノズルを配設し、この燃料１鳴射ノズルから
供給される燃料噴射量によりエンジン出力を制御するよ
うにしたノンスロットル式のエンジンがある。このノン
スロットル式のエンジンはポンピングロスの低減による
燃焼効率の向上効果を有４−るとともに、着火性を同上
しかつ希薄混合気燃焼を＋ｉＪ能とするために、点火プ
ラク近傍に着火ＩｊＪ’　７７砥１ｊ空燃比を有する混
合気”を１捕任させ、その他の部分の混合気の空燃比を
希薄化して、全体として界薄な混合気による運転を行う
層状燃焼が実現可能てあり、そのための構造として、例
えば特開昭、３；Ｊ−７２０００乙号公報に示されるよ
うに種々提案されている。

」二記層状燃焼エンジンにおいては、どのような運転状
悪にお込ても、上記層状化を実現しつつ着火性を確保す
るというこ♂が困難であって、実施上の大きな課題古な
っている。すなわち、ノンスロットル式のエンジンにお
いては燃料噴＃Ｊ量によってエンジン出力を制ｉａ’ｌ
Ｊするため、低目荷１１９には燃料噴射量は少なく負荷
の上昇に伴って燃料噴射量が増大することから、低負荷
時の少量の燃料噴射量において十分な着火性を確保する
だけの空燃比の混合気を点火プラグ近傍に偏在させるよ
うに設定すると、高負荷時には点火プラグ近傍に偏在す
る混合気の空燃比が過濃となって、逆にカーボンの発生
によって着火性が低下し、良好な燃焼性能を維持するの
が困難となる問題かある。

そこで本発明は、上記ノンスロットル式のエンジンにお
ける層状燃焼をさらに改善し、エンジンの全運転域にお
いて着火性の確保と層状化を促進し、全体として希薄混
合気燃焼を可能として良好なエミノショシ性、燃費性を
得んとするものであり、そのために、燃焼室をピストン
に燃焼エイ・ルギを伝達する主室とエンジン出力を１Ｉ
ｉｌ１１卸する第／副室と全域において着火性を確保す
る第２副室とにより構成するとともに、この構造におい
て、排気ポートを主室に開１コすると、高負荷時にヒー
トポイント（！：なる排気弁と第２副室の点火プラグ古
がＡｌれているので、これによってノッキングか発生す
る恐れかあり、このノッキングの発生を未然に防止せん
とするものである。

上記目的を達成する本発明のエンジンの燃焼室構造は、
ピストン上面とシリンダヘッド内壁とで区画される主室
と、該主室に第／連通路を介して接続される第／副室と
、該第／副室に第！連通路を介して接続される第２副室
とて燃焼室を構成するとともに、Ｌ記第１副室にエンジ
ン出力を制御する第１燃料噴射ノズル７ ２副室に着火に適した所定量の燃料を噴射する第２燃旧
噴射ノズルと点火プラグを配設し、さらに、上記第／副
￥に排気ポートを開設し、該排気ポートに４１Ｆ気升を
配設して構成されており、第１副室てエンジン出力を割
ｌし、第２副室で全負荷域において着火性を確保して、
良好な希薄混合気燃焼を実現し、さらに、第１副室にヒ
ートポイントとなる排気弁を第２副室に近付けて配設し
、点火プラクとの距離を短く設定してノッキングの発生
を防止するものである。

以下、本発明の実施例を図面に沿って説ＩＪＩＪする。

第１図に示すエンジンにおいて、１はシリンダブロック
２、シリンダヘッド６およびピストン４によって）１多
酸される燃焼室てあり、該燃゛焼室１は、ピストン上面
４ａとシリンダヘッド内壁６ａとで区画される主室１Ａ
と、シリンダヘッド６内番こ形成され、該主室１Ａに第
１連通路５を介して接続される第／副室１Ｂと１．；亥
第／副室１Ｂに第、＋　、；：ｉ通路６を介して接続さ
れるほぼ球形状の第２副室１Ｃとで構成されている。

上記王至１Ａは実質的にピストン４上方の７リンダボア
２ｄにて構成され、第１連通路５はピストン４の上昇に
伴うスキノシー流により第２副室１Ｃ内にスワールを生
成するように第／副室１Ｂに対し接線方向から開口し、
第２連通路６も第２副室１Ｃ内にスワールを生成するよ
うに第２副室１Ｃに対し接線方向から開口している。

上記第１副室１Ｂには第１燃刺噴射ノズル７が配設され
る一方、第２副室１Ｃにはスワールの流れに沿って第２
燃料噴射ノズル８と点火プラグ９か配設されている。第
／および第２燃料１−射ノズル７，８には、それぞれ第
／および第一２燃料１す４射ポシブ１ＬＩ、１１によっ
て儲科タシク１２からの燃料が、噴射量および噴射時期
が制御されて供給され、第１燃料噴射ノズル７からはエ
ンジン出力に応じた燃料が噴射され、第２燃料噴射ノズ
ル８からは着火に適した所定量の燃料が１屓射されるも
のである。

また、１１１１記第１副室１Ｂに対し、排気弁１６によ
って開閉される排気ポート１４が第１副呈１Ｂに接近し
た位置に開口し、図示しない吸気ポートは主室１Ａに開
口し、燃焼室１に対する吸排気を行うよう構成されてい
る。

上記第１および第１燃利唄射ノズル７．８による燃料噴
射時期および燃料噴射量制御の一例を、第２図および第
３図に示す。

第２図Ａは、第２副室１Ｃに石火用の燃料を噴射する第
２燃料噴射ノズル８における噴射特性を示すものであり
、噴射始めＡ１は、この第２燃料噴ｑ１ノズル８から噴
射された燃利かスワールによって第２副室１Ｃ内を移動
し、点火プラグ９による点火時期Ｓにおいて、この点火
プラグ９の周辺に可燃混合気が分布しているような時期
に設定し、噴射路りＢ１は着火に適した空燃比（／／〜
／６）を得る所定数の燃料を噴射するのに必要な噴射時
間Ｔ１と１ｊるように設定し、全噴射量は噴射時間Ｔ１
とノズルのリフ）量Ｒ１（単位時間の噴射量）とて決定
されるものであり、基本的には、噴射量は第１副呈１Ｂ
の容７漬に対し所定空燃比となるよう決定し、また、噴
射時期は点火時期Ｓにおいて点火プラグ９周辺に着火用
混合気が生成されているように設定するものである。上
記第、２燃料噴射ノズル８の噴射時期ふ・よび噴射量は
負荷等の運転状態の変動に対して一定に固定しである。

第２図Ｂ−Ｄは、第１副呈１Ｂに出力副側ｊ用の燃料を
噴射する第１燃利唄射ノズル７における噴射特性を示す
ものであり、Ｂは低負荷（出力）時、Ｃは中負荷（出力
９時、Ｄは高負荷（出力）時を示し、低負荷時から高負
荷時に移行するについて、ノズルのリフトｔμ２（単位
時間の噴射量）を一定にして、噴射時間′１゛２が次第
に長くなるようにし、負荷に対応して噴射量を増大する
ようにしている。

上記噴射時間Ｔ２の増大につき、低負荷から中負荷にか
けては噴射始めＡ２を１１ぼ同じにして噴射路りＢ２を
遅らせることにより噴射時間Ｔ２を増大する一方、中負
荷から高負荷にかけては、１貿射終りＢ２を固定して噴
射始め八２を進めて噴射時間Ｔノを増大している。

低置イ８ｊ時番こおける噴射始めＡ２は、第１副室１Ｂ
内で発生した火炎が第２連通路６から第／副室１Ｂに出
てくる時に、第１燃料噴射ノズルフから噴射された燃料
がスワールによって第７副室１Ｂ内を移動し、上記第２
連通路６の近傍に到着しているような時期に設定してい
る。また、第１副室１Ｂ内におけるスワールの強さは負
荷に関係なくほぼ−Ｗとなるので、中負荷時における噴
射始めＡ２は上記低負荷時と同じに設定している。

一方、中負荷時における噴射路りＢ２は、第２連通路６
からの火炎によって着火燃焼した既燃ガスが第／副室１
Ｂのスワールの流れに沿って再び第１燃利唄射ノズル７
の所に到着する時点においては、該第１燃料噴射ノズル
７からの燃料の噴射が児了しているように設定し、また
、この時点までに所定はの燃料が噴射されるようにノズ
ルのリフト量ｆ１２（単位時間の噴射量）を設定するも
のである。すなわち、負荷がさらに増大したときに、こ
れ以」二噴射終りＢ２を遅らせると既燃ガスに対し再び
燃料を噴射することになって酸素不足とｒｌす、スモー
クが発生する等の装置を有する０また、負荷が中負荷以
上に上昇した場合にＣよ、噴射される燃料量も増大し、
全体としての空燃シヒも希薄状部から濃くなる方間に移
行しており、層状化の形成よりも燃焼室１全体に燃料を
分布させて、空気利用率を１０１上させることか効率σ
〕良い燃焼が行えることから、中負荷時のＩ貢射終りＢ
２ｉこ文寸し、高負荷時においては噴射路りＢ２をそれ
以上遅らせることなく、噴射始めＡ２を進めて噴射時１
’Ｍ］Ｔ　２の増大を確保するとともに、均一燃焼化を
図るものである。

つまり、上記第１燃料噴射ノズル７における負荷（出力
）の変動と噴射時期の関係は、第３図番こ示すように、
負荷の増大に伴って噴射時間Ｔ２を長くするについて、
所定負荷までの低中負荷時に（ま噴射路りＢ２を遅らせ
る一方、中負荷を越えて制置ｍになると噴射始めＡ２を
進めるものである０上記のような第１燃料噴射ノズル７
および第２燃料噴射ノズル８の噴射特性の制御Ｃま、エ
ンジン回す伝、負イＷｒ等に応して作動する第１燃料唄
射ポンプ１０　：Ｌ−よひ第１燃料噴射ポンプ１１によ
って行われ、また、第１燃料噴射ポンプ１０においては
、ニー・ンン回転数か上昇すると１貝射量を抑制してエ
ンジン回転数の安Ｔ化を図るようなカバナ機（溝を６ｉ
ｉｉえたものを使用する必要かある。

Ｊ：　＋ＳＱ　実ｂ’＊　例によれは、ピストン４が上
昇する圧縮行程におけるスキッシュ流により、第７副室
１Ｂおよび第１副室１Ｂにスワールが発生し、このスワ
ールの発生と同期して第／燃料噴射ノズル７および第、
２燃刊１！α射ノズル８から燃料噴射特性でもって噴射
し、低中負荷時には第／副室１Ｂに希（：、りな混合気
を、弗！副室１Ｃには着火に適する空燃比の混合気を形
成し、点火プラグ９によって着火された火炎面が第！連
通路６から第１副室１Ｂに至り、この第／副室１Ｂに形
成されているスワールに沿って第／燃料噴射ノズル７か
ら噴射された燃料に着火して第７連通路５から主室１Ａ
に伝播し、層状燃焼すなわち希薄混合気燃焼が行われる
０ また、負荷のＭ人に対応して第１燃料噴射ノズルフから
Ｉ１１射する燃料をｊ胃簾し、エンジン出力を増大する
ものであり、高負荷では層状燃焼から均一混合気燃焼に
移行し、高出力燃２暁がイ１われる。

その際、負荷の」上昇に伴って発熱量も増大し、Ｊｕｌ
気ボート１４を開閉する排気弁１６の温度が」上昇し、
着火源として点火フラグ９に加えてこの４′Ｊ１気弁１
６かヒートポイントとなり、早期イｈ゛火を生起してノ
ッキングの発生を招く恐れがあるが、点火フラグ９と排
気弁１３とが接近しているこさにより、上記ツノキンク
の発生を抑＋ａｌｌすることができる。

不発り４は上記実殉例の構造に限定されろこさなく種々
の変形例を包含している０すｆマわち１．に記実施例に
おいては、第１燃料噴射ノズル７および第２燃料噴射ノ
ズル８からの燃料噴射時期および噴射量は第２図および
第３図に示すような特性に基づいて行っているが、この
噴射特ｉ生はエンジンの種類、用途等に応じて適宜変更
されるものである。また、燃料噴射制御手段についても
、上記実施例のようｆＳ機株式の燃料噴射ポンプによる
もののほか、電磁弁方式の燃料噴射ノズルを採用して電
子割筒を行うようにしてもよい。

さらに、」−４実施例においては、主室１Ａと第１副室
１Ｂとを接続する第／連通路５は、シリングヘッド３に
形成した所定断面積の通路にて構成し、第１副室１１３
内にスワールを形成するべく比較的狭く形成しているが
、この第１連通路５か狭いと第７副室１Ｂから主室１Ａ
に伝播する火炎すなわち燃焼エネルギの抵抗となること
から、この第／連通路５をピストン４の移動に応じて可
変断面オ責となるように形成してもよい。例えは、ビス
トシの」二面の一部を突出させて、ピストン上昇時にこ
の突出部で第／連通路を絞るようにしてスワール生成機
能を付与し、ピストンが下降すると第１連通路が４〕八
人して通路抵抗を減少するように構成するものである。

以上説ｌ−！ｌ］シたように、本発明によれば、燃焼室
を主室と第７副室と第２１ｉ１１１室とで構成し、第１
副室にエンジン出力を制御する第１燃料噴射ノズルを配
設する一方、記２副至に着火に適した燃料を噴射する第
１燃料噴射ノズルと点火プラグを配設し、さらに、第／
副室に排気弁によって開閉される排気ボートを開設して
なり、エンジン出力を燃料噴射量によってｉｌ＋ｌＪ御
するように（７てスロットル弁の廃止によりポンピング
ロスを低減することかでき、しかも、着火用に設定した
＠２副室によって低負荷時から高負荷時まで良好す着火
性をｌ＋ｉ７ｉ保し、第７１１ｊ室でエンジン出力に対
応した燃料を噴射して良好な層状燃焼によって希薄混合
気燃焼を得ることができ、さらに、ヒートポイントとな
る排気弁を第／副￥に配設して点火プラクと排気弁とを
接近させたことにより、高負荷時におけるツノキンクの
発生を防止し、４転１イ１ユを阻害することなく、エミ
ノンヨシ性、燃費性を回」二するこ古かできる利点を有
する０

【図面の簡単な説明】 第１図は本発見］の一実施例を示すエンジンの要部断面
図、第！図Ａ〜Ｄは第／および第、２燃料噴射ノズルの
燃料噴射特性を示す説明図、第３図は′！５／燃料噴射
ノズルの負荷に対する噴射特性を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　燃焼室に燃料噴射ノズルを配設し、該燃料噴
   射ノズルから供給される燃料噴射量によりエンジン出力
   を１同価するようにしたエンジンにおいて、ピストン上
   面とンリシダヘノド内壁とで区画される主室と、該主室
   に第１連通路を介して接続される第７副室と、該第／副
   室に第２連通路を介して接続される第２副室とで燃焼室
   を構成するとともに、上記第１副室にエンジン出力を制
   御する第１燃料噴射ノズルを配設する一方、−に記第２
   　ｂｆｌｌ室に着火に適した所定数の燃料を１貝射する
   第、２燃料噴射ノズルと点火プラグを配設し、さらに、
   上記第／副室に排気ポートを開設し、該排気ポートに排
   気弁を配設したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造
   。