JPS605766B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピストン凹所を含む主燃焼室と、シリンダヘ
ツドーこ設けられる副室とを有し、この副室に噴射ノズ
ルが付属し〜 また副室が主燃焼室へ通ずる複数のトー
チ孔を備えており「 これらト−チ孔の方向と断面積が
、トーチ孔から噴出する燃焼ガスの達する主燃焼室空気
容積部分に合わされている、内燃機関特に圧縮点火機関
（ディーゼル機関）に関する。

公知のこのような機関（ドイツ連邦共和国特許第６９４
１２４号明細書）では、複数のトーチ孔がそれぞれ燃焼
ガスの達する主燃焼室の空気容積部分に合わされかつそ
の方へ向けられているが、どのような主燃焼室空気容積
部分であるか述べられていないので、最適化はせし、ぜ
い偶然にしか行なわれず、したがって実際上行なわれな
いに等しかつた。

これは実公昭３１−総０３号公報に記載の従来技術につ
いてもいえる。本発明は、燃焼ガスが主燃焼室の空気容
積部分まで一層よく達するように、最初にあげた種類の
内燃機関を発展させることにある。

この課題を解決するため本発明によればｔトーチ孔の断
面積が、全員荷熱発生経過曲線のなす面積の重心に相当
するピストン位置においてそれぞれのトーチ孔から噴出
する燃焼ガスの達するほぼ扇形状の主燃焼室空気容積部
分に比例し、これらトーチ孔がこれらの空気容積部分の
重心へそれぞれ向けられている。

この構成により、個々の主燃焼室空気容積部分に対して
実際上同じ燃料−空気比が得られるのみならず、燃焼ガ
スがこれらの空気容積部分へ最適に達するので、「主燃
焼室の全空気容積の均一な燃焼が保証され、有利な燃料
消費が行なわれる。本発明の構成では、トーチ孔が全員
荷熱発生経過曲線のなす面積の重心の位置に応じて約１
５５ないし１７５ｏの中心角をもつ円錐上にあり、全員
荷における熱発生経過曲線のなす面積の重心がピストン
上死点から約１７なし、し２が後の範囲にある。

その際上述した範囲内で〜副室の容積の増大につれて熱
発生経過曲線のなす面積の重心が４・さし・クランク角
の方へ移動するのに応じて、トーチ孔のある円錐の中心
角が大きくなるという傾向がある。トーチ孔の数が増大
しても、同じような効果が現われる。本発明を以下実施
例について説明する。

図面において、１でシリンダヘツドが、２でシリンダブ
ロツクが示され、このシリンダブロツクにあるシリンダ
穴３は、ピストン４を収容している。

ピストン４はほぼ中心に偏平な球帽状ピストン凹所５を
備えており、このピストン凹所５は、ピストン縁の近く
で平らなピストンヘッド６と交差している。ピストンヘ
ッド６は、ピストン４の実線で示す上死点位置で、シリ
ンダヘッド底面７に対してできるだけ小さい距離をとっ
ている。シリンダヘッド底面７から、この実施例では副
室１０１こ付属する移行通路８が「多孔トーチ９を経て
ピストン凹所５へ通じている。移行通路８とは反対の側
で、副室１川こ噴射ノズル１１が設けられている。移行
通路８と主燃焼室とをつなぐ多孔トーチ９は、ここには
図示してない吸気弁機構および排気弁機構が許す場合に
は、できるだけ中央にあるがよい。

この多孔トーチ９は、実施例では、ほぼ半径方向に延び
るトーチ孔竃５〜１９をもっている。これらのトーチ孔
１５〜１９は、トーチ孔からの噴流が通常１５５ないし
１７５ｏの中心角をもつ円錐上にあるように配置されて
いる。この角の大きさは、本発明によれば、内燃機関の
後述する全員荷熱発生経過曲線のなす面積の重０の位置
に関係して決定される。この熱発生経過曲線はィンジケ
ータ線図から得られ、この線図から重心が求められる。
この重心は通常は上死点から約１７ないし２６ｏ後のク
ランク角範囲にある。この重０には、第１図に破線で示
す特定のピストン位置が対応し、トーチ孔は〜 このピ
ストン位置においてこれらトーチ孔から噴出する燃焼ガ
スの達する空気容積部分の重心へそれぞれ向けられてい
る。第３Ａ図には、ィンジケータ線図から得られる熱発
生経過が、クランク角Ｊに関して曲線として示されてお
り、熱の発生は点火（燃焼開始）で始まり〜燃焼終了で
終る。

最大の熱発生は「 ピストンの上死点位置ＯＴの近くで
行なわれる。この曲線より下にあって斜線を施した面積
は発生される熱量Ｑに相当する。この面積の重′０がＳ
で示されている。この重心Ｓにはクランク角？，が対応
する（第３Ａ図および第３８図）。このクランク角◇，
‘まピストンの上死点ＯＴ後１７ないし２６０である。
第３Ｂ図にはピストン４がこのクランク角？，に相当す
る位置で示されている。このピストン位置においてピス
トン４より上の空間が、全負荷熱発生経過曲線のなす面
積の重心に相当するピストン位置における主燃焼室容積
である。第２図は、ピストン凹所５、ピストンヘッド‘
こ設けられた弁用切欠き亀３、およびピストン凹所５内
にあって多孔トーチ９に対する別のピストン凹所９４の
ほかに、トーチ孔１５〜１９を示している。

これらのトーチ孔１５〜１９の断面積は、熱発生経過曲
線のなす面積の重心に相当するピストン位置において燃
焼ガス噴流の達する主燃焼室空気容積部分の容積に合わ
されている。すなわち第２図において、それぞれのトー
チ孔１５〜１９から噴出する燃焼ガスの達する範囲は、
これらトーチ孔１５〜１９の噴出方向において前にある
破線の扇形部分によってそれぞれ示され、これらの扇形
部分は、それぞれのトーチ孔の前にある主燃焼室空気容
積部分に相当している。トーチ孔１５〜１９の断面積は
、主燃焼室空気容積部分の大きさしたがってほぼ扇形部
分の大きさ１こ比例するように選ばれている。しかもト
ーチ孔１５〜１９は、これらの主燃焼室空気容積部分の
重心へ向けられ、第２図ではそれぞれの扇形部分のほぼ
重心を通っている。多孔トーチ９により形成される副室
出口の偏Ｄした位置のため最も大きい空気容積部分には
、断面積の最も大きいトーチ孔１５が属し、トーチから
ピストン凹所の緑までの距離が小さいためそれに応じて
小さい反対側空気容積部分には、小さいトーチ孔１８お
よび１９が属している。それにより本発明の実施例では
、次のような配置が得られる。

すなわち断面積の最も大さし、ト−チ孔１５が、２つの
隣接するトーチ孔１６および１７により定められて実施
例では約９０なし、し１０００の大きさをもつ角の二等
分線上にある。この二等分線に関してほぼ対称であるが
反対の延長方向に、２つの別なトーチ孔１８および１９
が設けられ、約１２０なし、し１３００の角をなしてい
る。これにより、主燃焼室の空気容積部分へ全体として
均一に燃焼ガスが達するようにすることができる。本発
明によれば、トーチ孔の断面積が、全負荷熱発生経過曲
線のなす面積の重心に相当するピストン位置においてそ
れぞれトーチ孔の前にある主燃焼室空気容積部分に比例
し、かっこのトーチ孔が容積部分の重心へ向けられてい
ることによって次の効果が生ずる。まずディーゼル機関
は少なくとも無負荷および部分負荷範囲では過剰な空気
で運転される。すなわちこの運転範囲では、燃料の燃焼
に必要であるより多くの空気が存在する。したがって完
全燃焼を保証するため全部の空気量を使用する必要がな
い。すなわち過剰な空気を全部使用しなくても、ほぼ完
全な燃焼を可能にする。これによりこの種の機関にとっ
て特に有利な値、特に無負荷および部分負荷範囲におけ
る低い燃料消費率が得られる。一方全負荷範囲では、空
気容積を完全に利用することが重要である。

なぜならば、この場合最大量の空気−燃料混合気を燃焼
させる必要があり、その際混合比はほぼ理論比であり、
したがって空気過剰率入が１となることが必要だからで
ある。これにより、完全燃焼を行なわせる場合、存在す
る空気量は完全に利用される。これを行なうために、全
負荷熱発生経過を考慮ししかも空気容積部分の重心へ向
けたトーチ孔の構成が行なわれている。この空気容積部
分は、全負荷熱発生経過曲線のなす面積の重心で与えら
れるピストン位置において生ずる。この場合全負荷熱発
生経過曲線のなす面積の亀○‘ま適当な基準点を形成す
る。なぜならば、ピストン位置は燃焼経過に関して表わ
され、熱発生経過に対応する燃焼経過に関しては、この
ピストン位置がピストンの平均位置とみなされるからで
ある。トーチ孔は作動中その位置と大きさを変えること
ができないので、この平均ピストン位置をとるのが最適
である。さらに熱発生経過は、よく知られているように
、大体において次の要因に関係している。

ａ 副室内における熱発生経過すなわち冨山室寸法、噴
射時期、噴射方式、副室温度および混合気濃度。ｂ 劇
室からの噴出時期。

ｃ 主燃焼室に対する劉室の位置。

ｄ 主燃焼室の形状。

前述したように内燃機関では、熱発生経過曲線は実際上
ィンジケータ線図により示され、これから重心を求める
ことができる。

このやり方とは逆に、所定の熱発生経過から出発して、
前述の要因を考慮して機関を設計することができる。

したがって熱発生経過を予め規定することができ、その
場合はこれらの要因を適当に定めることによって、この
熱発生経過を考慮して機関の最適設計を行なうことがで
きる。本発明は図面に示されたものに限られず、ト−チ
のピストン４に面した底範囲に孔を設け、この孔を通し
てトーチの下の範囲における主燃焼室空気容積部分にも
燃焼ガスが達するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関のシリンダヘッドの部分の副室中心軸
線を通る断面図、第２図は内燃機関のピストンをトーチ
孔の高さにおける劉室のトーチ断面と共に示す平面図、
第３Ａ図および第３Ｂ図は熱発生経過曲線のなす面積の
重心を説明するための線図およびピストン概略図である
。 １……シリングヘッド、２……シリンダブロツクｔ ４
・・・・・・ピストン、５・・・・・・ピストン凹所、
９・・。 ・・・多孔トーチ、１０・・・・・・副室、１１・・・
・・・噴射ノズル、１５〜１９……トーチ孔。第２図第
１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストン凹所を含む主燃焼室と、シリンダヘツドに
   設けられる副室とを有し、この副室に噴射ノズルが付属
   し、また副室が主燃焼室へ通ずる複数のトーチ孔を備え
   ており、これらトーチ孔の方向と断面積が、トーチ孔か
   ら噴射する燃焼ガスの達する主燃焼室空気容積部分に合
   わされている内燃機関において、トーチ孔（１５ないし
   １９）の断面積が、全負荷熱発生経過曲線のなす面積の
   重心に相当するピストン位置においてそれぞれのトーチ
   孔（１５ないし１９）から噴出する燃焼ガスの達するほ
   ぼ扇形状の主燃焼室空気容積部分に比例し、これらトー
   チ孔（１５ないし１９）がこれらの空気容積部分の重心
   へそれぞれ向けられていることを特徴とする、内燃機関
   。 ２ トーチ孔が約１５５ないし１７５°の中心角をもつ
   円錐上にあることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   に記載の内燃機関。 ３ 全負荷における熱発生経過曲線のなす面積の重心が
   ピストン上死点から約１７ないし２６°後の範囲にある
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の内燃
   機関。 ４ ピストン４のピストンヘツド６の方を向く少なくと
   も１つの別なトーチ孔が設けられていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。