JPS60219412A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPS60219412A
JPS60219412A JP59074939A JP7493984A JPS60219412A JP S60219412 A JPS60219412 A JP S60219412A JP 59074939 A JP59074939 A JP 59074939A JP 7493984 A JP7493984 A JP 7493984A JP S60219412 A JPS60219412 A JP S60219412A
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    • F02B51/00Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
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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】 (技術分野) 本発明は、ディーゼルエンジン或いは直接噴射式ガソリ
ンエンジン等で代表される内燃機関の燃焼室に係り、詳
しくは燃焼室から排出される炭素微粒子を低減するよう
にした燃焼室に関する。
〈従来技術〉 ディーゼル機関では、例えば第1図及び第2図に示すよ
うにシリンダヘッド1に装着した吸気弁2と排気弁3に
よって開閉される主燃焼室4と、この主燃焼室4に噴口
5を介して連通保持された渦流室6とで燃焼室を構成し
、燃料噴射弁7から前記渦流室6に燃料(軽油)を噴射
供給して圧縮着火による拡散燃焼を行なわせるようにし
ている。8はピストン、9はシリンダブロックである。
このようなディーゼル機関では燃料と空気とが燃焼室内
で混合しながら燃え広がる拡散燃焼が行なわれるので予
混合のガソリン機関に比較したときに燃焼室から排出さ
れる炭素微粒子の量が多いという不具合があった。従っ
て、従来ではこのような排気中に含まれる炭素微粒子を
捕集して再燃焼させるために、機関の排気通路にトラッ
プと称される排気後処理装置を装着していたが、この場
合は製造コストが高くなると共に、捕集した排気微粒子
を再燃焼させるために燃料消費を伴なうので燃費率が悪
化し、かつ、排気後処理装置を設けたことで排気抵抗が
増加するので機関の運転性が悪化し、あるいは出力が低
下するといった不具合があった。
又、このような不具合を解消するために、例えば特開昭
55−11702E1号公報、特開昭55−11702
7号公報、特開昭55−109723号公報等に見られ
るように燃焼室に電極を装着し、この電極に高電圧を印
加することによって火炎の伝播を良好にしたものがある
が、この場合は燃焼室中の炭素微粒子が電極側に静電捕
集されるものの、これらが互いに凝集して酸素との接触
状態が悪化し、もって酸化反応が困難となるので炭素微
粒子が排出される可能性はまだ充分にあったのである。
〈発明の目的) 本発明は、このような事態に鑑みてなされたものであり
、燃焼火炎の伝播を良好にして炭素微粒子の発生を抑制
しつつ、燃焼によって発生した炭素微粒子を静電捕集し
てこれを酸化燃焼させることによって燃焼室から排出さ
れる炭素微粒子はもとより、排気中のHC、CO、NO
x等をも減少させて内燃機関の燃費率等を改善すること
を目的としている。
〈発明の構成〉 上記目的を達成するために本発明では、燃焼室構成部品
の少なくとも一部を耐熱絶縁材で構成し、この耐熱絶縁
材を介して、燃焼室に臨む電極板と機関本体とを電気的
に絶縁保持させ、前記電極板に高電圧を印加させること
によって燃焼火炎の伝播を良好にして炭素微粒子の発生
を抑制すると共に、前記電極板及び該電極板を包囲する
絶縁板の少なくとも一方の表面に炭素微粒子酸化用の触
媒物質を付着させることにより、燃焼に際して発生した
炭素微粒子を電極板の表面に静電捕集し、この捕集され
た炭素微粒子を触媒物質による触媒作用と燃焼熱あるい
はその予熱等によって焼却処理させ、もって、燃焼室か
ら排出される炭素微粒子はもとより、HC、Co等の未
燃成分をも低減させ、かつ、燃焼を円滑化させることに
よる燃焼温度の低下にともなって排気中のNOxをも低
減させるようにしている。
〈実施例〉 以下に本発明を第3図乃至第9図に基づいて詳細に説明
する。
第3図及び第4図は本発明の第1実施例を示すものであ
り、シリンダヘッド10には従来同様に吸気弁11及び
排気弁12を装着すると共に、主燃焼室13に噴口14
を介して連通保持された渦流室15を形成している。
前記シリンダヘッド10に固定されたシリンダブロック
(図示省略)にはセラミック等の耐熱絶縁材で構成され
たシリンダライチ16を装着し、このシリンダライチ1
Bの内壁にリング状をなす電極板17を埋め込んでいる
。18は電極板17を高電圧電源19に接続するための
電極端子である。
又、前記シリンダライチlBの内部には導電性に優れた
金属で構成されたピストン20を収容し、このピストン
20と前記電極板17とをピストン20に装着した第1
圧縮リング21、第2圧縮リング22及びオイルリング
23を介して常時導通保持させることにより、前記ピス
トン20を機関本体から電気的に絶縁して燃焼ガスに接
触する電極体として機能させている。
又、前記ピストン20の頂面にはA!L、Ni等の混合
粉末を数ミクロン乃至数1層の厚さでプラズマ溶射して
形成した強固な多孔質層24を形成している。尚、溶射
物質とピストン20との線膨張係数が大きく異る場合は
、両者の中間の線膨張係数をもつ混合粉末をピストン2
0の頂面に溶射した後に目的とする混合粉末を溶射する
ことで熱歪による多孔質層24の破損を予防できる。
そして、前記多孔質層24の表面に白金等の貴金属、銅
、酸化銅、醸化マンガジ等の触媒物質を付着させる。特
に触媒物質が貴金属である場合は真空蒸着、スパッタリ
ング、イオンブレーティング等により数ミクロンの厚さ
で触媒物質を付着させれば所期の目的を達成できる。2
5は渦流室15に装着した燃料噴射弁、2Bは絶縁材料
で構成したコンロッドである。
上記のように構成した燃焼室において、燃料噴射弁25
かも渦流室15に噴射された燃料は圧縮着火によって着
火されて火炎となり、噴口14から主燃焼室13に噴出
し、空気と混合しながらこの火炎が拡散する。又、この
ような燃焼に際しては炭素微粒子が発生するが、その殆
どは燃焼熱あるいは予熱によって焼却されるが一部は燃
焼しきれずに排気とともに外部に排出されようとする。
ところで、一般に燃焼に伴う火炎に電場を印加すると、
火炎中の負の帯電筒をなす自由電子は大きな易動度を持
つために正電極に迅速に集めら炎が負電極の方向に引き
つけられる現象を呈し、燃焼によって発生した炭素微粒
子は静電界によって陰極に引寄せられる。
一方、ピストン20はシリンダヘッド16及びコンロッ
ド26によってシリンダヘラ白0(機関本体)から電気
的に絶縁されているために、高電圧電源18から出力さ
れた負の高電圧を電極端子18、電極板17、ピストン
リング21.22.23を介してピストン20に印加す
ると、シリンダヘッド10の下面(正電極)とピストン
20の頂面との間に静電界が形成される。従って、前記
のようにして燃焼によって発生して膨張行程あるいは排
気行程でも焼却されなかった残りの炭素微粒子はピスト
ン2oの頂面に捕捉される。そして、このピストン20
の頂面に被着されている触媒物質との接触により燃焼熱
あるいは予熱を熱源として容易に酸化(焼却)されるた
め、排気中の炭素微粒子をなくすることができる。
第5図及び第6図は本発明の第2実施例を示すものであ
り、この実施例ではシリンダヘッド10の下面に耐熱絶
縁材27を介して電極板28を装着し、この電極板28
の表面(下面)に触媒物質2θを被着したうえで前記電
極板28に負の高電圧を印加するようにしている。
第7図及び第8図に示す第3実施例ではシリンダブロッ
ク30とシリンダヘッド10との間に絶縁材で構成した
スペーサ40の内部にリング状に形成した電極板28を
埋設してこの電極板28が絶縁薄膜により主燃焼室13
に直接露出することを防止している。従って、この実施
例の場合は、炭素微粒子の付着があっても電極板28と
機関本体との電気的リークがなくなって電気的絶縁が保
証されるので静電界の形成が確実になる。絶縁薄膜によ
り電極板28を囲むことの効果は、他の実施例について
も同様に採用することができるものである。
尚、スペーサ40の内周面には上記実施例の場合と同様
に触媒物質28を被着しているので、電極板28の内周
面には絶縁材と触媒物質28とが存在するが、絶縁材の
厚さを適当に選定する。ことで炭素微粒子の捕集効率の
低下を防止できることは詳述するまでもない。
又、第9図に示す第4実施例では、主燃焼室13と渦流
室15とを連通保持させる噴口14を形成する口金31
を耐熱絶縁材で構成し、この口金31の内部に補助電極
板32を埋設したうえで、この補助電極板32に正の高
電圧を印加するようにした点で前記第1実施例とことな
るが、他の構造は実質的に同一である。尚ここでは電極
板17を補助電極板に対して主電極板とする。
従って、この第4実施例では、噴口14を通過する火炎
が補助電極板32による電界形成によって正の電荷に積
極的に荷電されるので負の電荷が印加されているピスト
ン20の頂面に確実に捕集され、触媒物質との接触によ
って容易かつ確実に焼却処理されることになる。
尚、この第4実施例のピストン20は例えばセラミック
等の絶縁材で構成されており、このピストン20の頂面
に負の高電圧を印加させるためにピストン20の頂面に
電極板33を装着し、この電極板33の表面に触媒物質
34を被着させているが、シリンダライチ16及びピス
トン20側の構造を第1実施例と全く同一にしてもよい
ことは勿論である。
本実施例ではディーゼル機関に本発明を適用した例を述
べたが、燃料噴射式ガソリン機関にも適用できることは
明らかである。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、内燃機関の燃焼室
内に電極板を臨ませ、この電極板に高電圧を印加して燃
焼によって発生した炭素微粒子を電極板の表面に静電捕
集させると共に、捕集された炭素微粒子を電極板の表面
に付着させた触媒物質によって酸化焼却させるようにし
ているので、燃焼室から炭素微粒子が排出されなくなる
。このために、従来のようの排気抵抗に悪影響を与える
排気後処理装置を設ける必要がなく、しかも、炭素微粒
子の排出を抑制するために制限していた燃料の最大噴射
量を増加できるので内燃機関の出力トルクを高くするこ
とができ、かつ、燃焼条件が改善されるので排気中の炭
素微粒子はもとより、HC、Go等の未燃成分及びNO
xの量をも低減して燃費率を改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃焼室を例示する断面図、第2図は第1
図のA−A断面図、第3図は本発明の第1実施例の断面
図、第4図は第3図のB−B断面図、第5図は本発明の
第2実施例の断面図、第6図は第5図のC−C断面図、
第7図は本発明の第3実施例の断面図、第8図は第7図
のD−D断面図、第9図は本発明の第4実施例の断面図
である。 10・・・シリンダヘッド 13・・・主燃焼室 14
・・・噴口15・・・渦流室 1B・・・シリンダライ
チ(耐熱絶縁材)17・・・電極板 18・・・電極端
子 18・・・高電圧電源20・・・ピストン 24・
・・多孔質[−25・・・燃料噴射弁27・・・耐熱絶
縁材 28・・・電極板 2θ・・・触媒物質31・・
・口金(耐熱絶縁材)32・・・補助電極板33・・・
電極板(主電極板)34・・・触媒物質40・・・スペ
ーサ(耐熱絶縁材) 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人 弁理士 笹 島 富二雄 第5図 第6目 第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11燃焼室構成部品の少なくとも一部を耐熱絶縁材で
    構成し、燃焼室に臨む電極板と機関本体とを前記耐熱絶
    縁材を介して電気的に絶縁保持させて前記電極板に高電
    圧を印加させると共に、前記電極板及び該電極板を包囲
    する絶縁板の少なくとも一方の表面に炭素微粒子酸化用
    の触媒物質を付着させたことを特徴とする内燃機関の燃
    焼室。 (2内燃機関の燃焼室が噴口を介して連通された2つの
    燃焼室で構成され、前記電極板は相互に異る極性の高電
    圧が印加された主電極板と補助電極板とからなり、この
    うち主電極板を一方の燃焼室に設けると共に、補助電極
    板を機関本体から電気的に絶縁させて前記噴口の部分に
    装着したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    内燃機関の燃焼室。 (J 電極板は燃焼室に対して絶縁薄膜により被覆され
    て間接的に臨むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の内燃機関の燃焼室。
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Cited By (2)

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