JPS5944490B2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPS5944490B2
JPS5944490B2 JP54037919A JP3791979A JPS5944490B2 JP S5944490 B2 JPS5944490 B2 JP S5944490B2 JP 54037919 A JP54037919 A JP 54037919A JP 3791979 A JP3791979 A JP 3791979A JP S5944490 B2 JPS5944490 B2 JP S5944490B2
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combustion
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B21/00Engines characterised by air-storage chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B51/02Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines involving catalysts
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の燃焼室に関する。
現在、内燃機関は排気ガス中の有害成分を低減しつつ熱
効率を向上せしめることが大きな課題となっている。
排気ガス中の有害成分を低減する効果的な方法として稀
薄混合気を用いて三成分HC,CO並びにNOxを同時
に低減する方法並びに機関吸気系に大量の排気ガスを再
循環してNOxを低減する方法が知られているが、これ
ら稀薄混合気並びに大量の再循環排気ガスを含んだ混合
気は火炎の伝播速度が遅く、従がって燃焼速度が遅いの
で十分に高い熱効率を得ることができず、その結果満足
できる出力を得ることができないという共通の欠点を有
している。
従がってこのような可燃混合気を使用した場合には燃焼
速度を速めることが熱効率を高める上で最も重要な問題
となってくる。
稀薄混合気或いは大量の再循環排気ガスを含んだ混合気
を用いた場合でも燃焼速度を速めて安定した燃焼を得る
ことのできる内燃機関として、機関吸気系から燃焼室内
に導入された吸入ガスの一部を1時的に貯留するための
吸入ガス貯留室をシリンダヘッド内に形成すると共に貯
留室に設けた開閉弁を介して貯留室を燃焼室内に連結し
、この開閉弁を圧縮始め付近から着火時付近までのクラ
ンプ角度範囲に亘って開弁せしめて前回のサイクルにお
いて貯留室内に貯留された高圧の吸入ガスを圧縮行程前
半に燃焼室内に噴出させ、それによって燃焼室内に強力
な乱れを発生させるようにした内燃機関が本出願人によ
り提案されている。
この内燃機関では上述のように圧縮行程前半に吸入ガス
が燃焼室内に高速度で噴出せしめられるので燃焼室内に
強力な乱れが発生し、斯くして燃焼速度が大巾に速めら
れるために安定した燃焼を確保することができる。
しかしながらこの内燃機関では吸入ガスが貯留室内に貯
留されている間吸入ガスは仕事をせず、また貯留された
吸入ガスの熱がシリンダヘッドに逃げるために吸入ガス
温は徐々に低下し、従がって貯留中吸入ガスはエネルギ
を損失しているにすぎないのである。
本発明は貯留中に吸入ガス中の燃料の改質を促進させる
ようにして貯留期間を有効に利用するようにした内燃機
関を提供することにある。
以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図並びに第2図を参照すると、1はシリンダブロッ
ク、2はシリンダブロック1に形成されたシリンダボア
3内を往復動するピストン、4はガスケット5を介して
シリンダブロック1上に固締されたシリンダヘッド、6
はピストン頂面2aとシリンダヘッド内壁面4a間に形
成された燃焼室、γは排気弁、8は吸気弁、9は点火栓
、10は点火栓電極を示す。
第1図に示す実施例では点火栓電極10は半球形状燃焼
室6の頂点に配置される。
第3図に示されるようにシリンダヘッド4上には円孔1
1が形成され、この円孔11内に円筒スリーブ12が嵌
着されてこの円筒スリーブ12内に貯留室13が形成さ
れる。
この貯留室13の下端部には弁ポート14が形成され、
この弁ポート14を開閉制御する開閉弁15がシリンダ
ヘッド4内に設けられる。
開閉弁15の弁体16がシリンダヘッド4に形成された
弁座17に当接したときに弁ポート14は閉鎖される。
一方、開閉弁15の弁ステム18はその上端部がスリー
ブ12の上面から突出するようにしてスリーブ12内に
固着された弁ガイド19内に摺動可能に挿入される。
弁ステム18の先端部はクランクシャフトに連結された
機関駆動の動弁カム20と協働し、斯くして開閉弁15
はこの動弁カム20によって後述する所定のクランク角
度範囲に亘って弁ポート14を開口するように駆動制御
される。
第3図を参照すると、金網21が貯留室13内に挿入さ
れ、この金網21の周縁部がスリーブ12の下端部とシ
リンダヘッド4間において把持される。
また、金網21上方の貯留室13内には多数個の触媒ペ
レット22が充填される。
これら触媒ペレット22は例えば多孔質セラミック上に
コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、白金等の還元触
媒を付着させるようにして形成される。
一方、シリンダヘッド内壁面4a上には水平壁23、一
対の垂直壁24.25並びに半円筒壁26によって規定
される溝27が形成され、第1図から第3図に示される
ように開閉弁15の弁体16はこの溝27内に露呈する
また、第2図に示されるように半円筒壁26は弁体16
の周縁に近接して配置され、従って開閉弁15が開弁じ
た際の貯留室13内へのガスの流入並びに貯留室13か
らのガスの流出は第2図において左側に形成される弁体
16と弁座17間の開口を介して行なわれる。
また、第2図に示されるように溝27は燃焼室6の周辺
方向に延びるように形成されており、従って貯留室13
から燃焼室6内にガスが流出した場合には第2図におい
て矢印Aで示す旋回流が燃焼室6内に発生せしめられる
第4図に吸気弁8と開閉弁15の開弁時期を示す。
第4図において縦軸りは弁揚程を示し、横軸θはクラン
ク角度を示す。
また、第4図において曲線Bは吸気弁8の開弁時期を、
曲線Cは開閉弁15の開弁時期を夫々示し、矢印りは点
火時期を示す。
第4図から、開閉弁15は吸気弁8が開弁する付近から
点火栓9により点火が行なわれる付近までのクランク角
度範囲に亘って圧縮行程時に開弁することがわかる。
吸気行程時、吸気弁8を介して燃焼室6内に稀薄混合気
或いは大量の再循環排気ガスを含んだ混合気が導入され
る。
次いで吸気弁8が閉弁じ、ピストン2が燃焼室6内の可
燃混合気の圧縮を開始すると開閉弁15が開弁する。
貯留室13内には後述するように前回の圧縮行程におい
て形成された比較的高温でかつ高圧の改質された可燃混
合気が貯留されており、一方圧縮開始時における燃焼室
6内の圧力は大気圧以下である。
従って貯留室13内の圧力と燃焼室6内の圧力との圧力
差は大きく、斯くして開閉弁15が開弁すると貯留室1
3内の可燃混合気が高速度で燃焼室6内に噴出し、第2
図において矢印Aで示す強力な旋回流を燃焼室6内に発
生する。
次いでピストン2が更に上昇しても暫らくの間は貯留室
13内の圧力が燃焼室6内の圧力よりも高いために貯留
室13から可燃混合気が噴出し続け、それにより燃焼室
6内の旋回流は益々増勢されることになる。
次いでピストン2が更に上昇して貯留室13内の圧力さ
燃焼室6内の圧力が等しくなると貯留室13からの可燃
混合気の噴出は停止し、ピストン2が更に上昇すると逆
に燃焼室6内の圧力が貯留室13内の圧力−よりも高く
なるために燃焼室6内の可燃混合気が貯留室13内に流
入する。
前述したように開閉弁15は点火が行なわれる付近まで
開弁じているが点火が行なわれるクランク角度において
は燃焼室6内の圧力はかなり高くかつ燃焼室6内の可燃
混合気の温度は比較的高くなっており、従って開閉弁1
5が開弁すると貯留室13内に比較的高温でかつ高圧の
可燃混合気が貯留されることになる。
第3図に示されるように貯留室13内には触媒ペレット
22が充填されており、従って貯留室13内に送り込ま
れた可燃混合気は開閉弁15が再び開弁するまでの期間
数気圧、数百度の高温・高圧の状態下で触媒ペレット2
2と接触せしめられる。
その結果、触媒ペレット22の触媒作用によって貯留さ
れた可燃混合気内の高級炭化水素が分解されて水素や一
酸化炭素などの低級炭化水素に改質されることになる。
次いで改質された高圧貯留可燃混合気は次のサイクルの
圧縮行程に噴射され、上述したように強力な旋回流人を
燃焼室6内に発生せしめる。
次いで開閉弁15が開弁する前後に点火栓9により燃焼
室6内の可燃混合気が着火されるがこのとき燃焼室6内
には強力な旋回流Aが発生しておりしかも可燃混合気中
には多量の低級炭化水素が含まれているために着火火炎
は燃焼室6内に急速に広がり、斯くして燃焼速度が大巾
に速められることになる。
また、燃焼室6内の可燃混合気は可燃限界の広い水素や
一酸化炭素を含んでいるので貯留室13内に触媒ペレッ
ト22を充填していなかった従来の内燃機関に比べて一
層稀薄な混合気を安定にかつ速く燃焼させることができ
、斯くして排気ガス中の有害成分を低減しつつ燃料消費
率を向上することができる。
第5図並び第6図に別の実施例を示す。
なお、第5図並びに第6図において第1図と同様の構成
要素は同一の符号で示す。
第5図を参照すると、シリンダヘッド4上に形成されだ
円孔11内には円筒スリーブ31が嵌着され、この円筒
スリーブ31内には開閉弁15の弁体16と協働する弁
座32と、貯留室33とが形成される。
また、第5図に示すように燃焼室6内には中空キャップ
34の下端部が突出し、この中空キャップ34の上端フ
ランジ部35が円筒スリーブ31によってシリンダヘッ
ド4上に固定される。
また、第5図並びに第6図に示すように中空キャップ3
4の下端部用壁面上には1個の開孔36が形成され、こ
の開孔36は燃焼室6の周辺方向に指向される。
なお、この実施例では貯留室33の内壁面全体に亘って
コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、白金等の還元触
媒がコーティングされる。
従がってこの実施例においても貯留室33内に貯留され
た可燃混合気は高温高圧下において還元触媒の触媒作用
により改質され、斯くして改質された可燃混合気が圧縮
行程初期に開口36から噴出し、それによって燃焼室6
内に第6図において矢印Aで示すような旋回流が発生せ
しめられる。
また、第5図に示すように還元触媒の温度を高温に保持
して触媒の活性化を促進するために貯留室33内にグ冶
つプラグ37を設けることもできる。
第1図並びに第8図に更に別の実施例を示す。
なお、第7図並びに第8図において第5図と同様の構成
要素は同一の符号で示す。
この実施例ではシリンダヘッド4内に機関本体38の長
手方向に延びる共通連通路39が形成され、各気筒の貯
留室33と共通連通路39とは夫々連通枝路40を介し
て互いに連結される。
この実施例では成る気筒の開閉弁15が開弁するとその
気筒の貯留室33内に他の気筒の貯留室33内から貯留
可燃混合気が共通連通路39を介して流入する。
このようにこの実施例では各貯留室33内の圧力が等し
くなると共に各貯留室33内の貯留可燃混合気が互いに
混合するために各気筒における噴出可燃混合気の強さが
均一になると共に噴出可燃混合気の組成が均一となり、
斯くして各気筒間における燃焼のばらつきを回避するこ
とができる。
以上述べたように本発明によれば改質された可燃混合気
を圧縮行程前半に燃焼室内に噴出させることにより強力
な旋回流を・燃焼室内に発生でき、しかもこの旋回可燃
混合気は多量の低級炭化水素を含んでいるので着火火炎
は燃焼室6内に急速に広がり、斯くして燃焼速度が大巾
に速められることになる。
また、可燃混合気を改質することにより可燃限界が広が
るので従来よりも一層稀薄な混合気の使用が可能となり
、斯くして排気ガス中の有害成分を低減しつつ燃料消費
率を大巾に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃機関の側面断面図、第2図は
第1図のシリンダヘッドの底面図、第3図は第1図のI
−I線に沿ってみた断面図、第4図は吸気弁と開閉弁の
開弁時期を示すグラフ、第5図は別の実施例の側面断面
図、第6図は第5図のシリンダヘッドの底面図、第7図
は更に別の実施例の側面断面図、第8図は第7図の平面
図である。 6・・・・・・燃焼室、7・・・・・・排気弁、8・・
・・・・吸気弁、13.33・・・・・・貯留室、15
・・・・・・開閉弁、22・・・・・・触媒ペレット、
37・・・・・・グ冶つプラグ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 機関吸気系から燃焼室内に導入された吸入ガスの一
    部を1時的に貯留するための吸入ガス貯留室をシリンダ
    ヘッド内に形成すると共に該貯留室に設けた開閉弁を介
    して該貯留室を燃焼室内に連結し、該開閉弁を圧縮始め
    付近から着火時付近までのクランク角度範囲に亘って開
    弁せしめて前回のサイクルにおいて貯留室内に貯留され
    た高圧の吸入ガスを圧縮行程前半に燃焼室内に噴出させ
    るようにした内燃機関であって、上記貯留室内に燃料改
    質用触媒ペレットを充填せしめるか或いは該貯留室内壁
    面上に燃料改質用触媒をコーティングするようにした内
    燃機関の燃焼室。 2、特許請求の範囲第1項記載の内燃機関の燃焼室にお
    いて、上記貯留室から燃焼室への開口を燃焼室の周辺方
    向に指向せしめたことを特徴とする内燃機関の燃焼室。 3 特許請求の範囲第1項記載の内燃機関の燃焼室にお
    いて、各気筒に設けた貯留室を互いに連結したことを特
    徴とする内燃機関の燃焼室。
JP54037919A 1979-03-30 1979-03-30 内燃機関の燃焼室 Expired JPS5944490B2 (ja)

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