JPS62243914A - 内燃機関の燃焼室 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の燃焼室に係り、特に大気温が極めて
低い低温始動時にあっても軽油をはじめアルコール、ガ
ソリン等の低セタン価・揮発性燃料油を使用することが
できると共に、ＨＣ。

青白煙、ＮＯｘ等の燃焼未燃物の排出を抑え、出力、熱
効率を向上させることのできる内燃機関の燃焼室に関す
る。

［従来の技術１ 一般に燃焼室内に直接燃料油を噴射して効率の良い燃焼
を達成しようとする内燃機関の燃焼室としては、ピスト
ン頂部を深く球面状に窪ませた燃焼室に、スワールを生
成する一方、燃料噴射ノズルからの燃料噴霧を上記燃焼
室に液膜として付着させ、その液膜の壁面蒸発量をスワ
ールによって調整するＶＡＮ−Ｍ方式機関がある。

しかしながらＭ方式１１ｒＩＡは、大気温度が低く且つ
機関冷却水温が低いような寒冷始動時や、燃焼室壁温が
十分に暖められていないアイドリング時に１１０．青白
煙を多大に発生させる問題を残している。これは、上記
の場合に壁温が低い上に、小噴口からの燃料によってざ
らに壁温を低下させるため燃料を蒸発させる壁温が得に
くくなって燃焼用空気に対する燃料の蒸発量が少なくな
るためであり、また９岱の蒸発燃料がスワールと共に旋
回させられるために燃焼室全体として混合気分散が促進
されて非常に稀薄となるからである。

この問題点を解消しようどする提案として実開昭５６−
１１５５２５号公報記載の内燃１ｍ関が知られている。

この提案は第７図に示されるように燃料噴射ノズルｋを
主燃焼室１１側に配置し、そのノズルｋから噴射される
燃料の大部分を小孔夕を介して副燃焼室ｍへ噴霧させよ
うとすると共に、副燃焼室ｍが主燃焼室１１に通じる噴
孔の通路面積を大きくして構成されるものである。

しかし、この提案はスワールを生成し利用する室が一方
の室のみに限られており、空燃比を適正に調節した上で
の蒸発燃焼を図るものでなく燃費・出力の面で好ましく
なかった。特に部分負荷時にはＩＩｃが悪化する問題を
残している。このため本出願人は先に直噴式ディーゼル
燃焼室（特願昭５９−２１０５１９号）を提案している
。この提案は第８図に示すようにピストン頂部ａに窪ま
Ｕて互いに連通ずる主燃焼室すと副燃焼室Ｃとを並設し
、主燃焼室すに主噴口ｄを、副燃焼室Ｃにその主噴口ｄ
に対して先行して開放されるｎ１噴口ｅを夫々臨ませた
燃料噴射ノズルｆを配設したものである。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記提案は、主・副燃焼室のそれぞれにスワールを生成
し、副燃焼室では予混合気による燃焼を主に行わせ、主
燃焼室では壁面蒸発燃焼を行わせてＨＣ，ＮＯＸ　、青
白煙を低減しようとしたものである。

ところが、この提案は空気と噴射燃料油との撹拌混合を
スワールボート（インレットボート）からのスワールに
依存していることから、その撹拌による空気利用率を増
すためにはスワールボートを絞らなければならなかった
。しかし、この方法だと、吸気抵抗が増大しボンピング
ロスが大きくなって出力低下をきたしサーマルピンチを
生じたりするため、これがスモークの低減に対して限界
となっていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記種々の問題点を解消することを目的として
おり、本発明はピストンに形成された主燃焼室とシリン
ダヘッドに形成された渦流室とを連通ずる空気導入通路
に、主燃焼室内に主噴口が、副燃焼室内に副噴口がそれ
ぞれ臨ませられた燃料噴射ノズルを配設して内燃機関の
燃焼室を構成するものである。

［作　用］ 燃料噴射ノズルの副噴口からの微粒化されて貫徹力の弱
い燃料の噴霧は空気導入通路を介して圧縮空気流に乗っ
て蒸発されながら渦流室へ供給される。渦流室では、残
りの噴霧の蒸発を瞬時のうちに行なうと共に混合気化を
促進する。一方、主噴口からの貫徹力の大きな燃料の噴
霧は主燃焼室で壁面蒸発される。したがって渦流室、主
燃焼室の空燃比をそれぞれ適正に設定できることになり
、渦流室では急速燃焼が行われ主燃焼室では壁面蒸発燃
焼を行うことができる。

［実施例］ 以下に本発明の内燃機関の燃焼室の好適一実施例を添４
４図面に基づいて説明する。

第１図に示ず１はシリンダヘッド、２はシリンダボディ
、３はピストンである。

図示されるようにピストン頂部４には、その頂部４を基
準面として軸方向に深く球面状に窪ませられて主燃焼ｖ
５が形成されており、この主燃焼室５の垂直断面は円形
の上部が截頭された断面形状となって、主燃焼室５の上
部開口縁がその径方向内方に突出されてリップ部６を形
成している。

シリンダヘッド１内には上記主燃焼室５に対して燃焼室
容積の小さな渦流室７が形成されており、この渦流室７
の下部には、上記リップ部６近傍の主燃焼室５を臨み、
渦流室７内に燃焼用空気を案内するための空気導入通路
８が形成されている。

ここで空気導入通路８の軸芯は渦流室７の中心に対して
オフセットされており、渦流室７の壁面７ａに沿うスワ
ールＳ１を生成するＪ：うに形成される。

シリンダヘッド１内には、第１図、第２図に示すように
、上記主燃焼室５内にスワール化した燃焼用空気を供給
するヘリカル状のスワールボート９が形成され、このス
ワールボー１・９はシリンダヘッド１に対して往復動自
在な吸気バルブ１０により１ｆｆｌ　ｒＭされる。

さて本発明の内燃機関の燃焼室の特長とするところは、
低温始動時２部分負荷時をはじめとするあらゆる使用負
荷運転領域でＨＣ，青白煙の発生を抑え、出力、燃費上
で効率の良い燃焼を得ることにある。

そこで上記主燃焼室５及び渦流室７に関係づけて断熱部
材１５１着火手段１６．燃料噴射ノズル１１が以下のよ
うに配設される。

第１図及び第５図にも示されるように、渦流室７と空気
導入通路８とを形成するそれぞれ内壁７ａ、Ｆ３ａには
、それら内壁７ａ、８ａを覆う断熱部４４１５が設けら
れている。断熱部＠１５は、耐熱・耐蝕性、そして断熱
性の良い材料から形成されるもので、本実施例で、はセ
ラミック材から形成されている。これにより、渦流室７
内及び空気導入通路８内の雰囲気温度は、シリンダヘッ
ド１を介する外気温度の影響を受けにくくなり、安定し
た雰囲気湿度を保つことができる。一方、断熱部材１５
によって被われた渦流室７の上方には、スパークプラグ
等の着火手段１６が配設されており、その着火手段１６
の着火部１６ａは渦流室７内に適宜突出されている。

また、燃料噴射ノズル１１は、シリンダヘッド１内に配
設されて、その燃料噴射ノズル１１の噴口側が上記空気
導入通路８の上流側にこれを臨んで位置されている。燃
料噴射ノズル１１は第３図及び第４図に示すように、ノ
ズルボディ２０内に形成された弁座２１に対して昇降自
在に針弁２２を収容し、その弁座２１に副噴口１３を開
口すると共に、ノズルボディ２０の先端に、上記針弁２
２が所定リフト値に達するまで閉じられそのリフト値を
越えたときに開かれる主噴口１４を開口して形成されて
いる。また、副噴口１３の噴口径は主噴口１４の噴口径
に対して極めて小さく形成されている。この副噴口１３
及び主噴口１４の噴口方向は、副噴口１３が、上記空気
導入通路８を介して渦流室γ内に臨まされ、主噴口１４
は主燃焼室５内に臨まされている。さらに詳しくは、副
噴口１３の噴口方向は空気導入通路８を介して渦流室７
へ押し込まれる圧縮空気の流線方向に設定され、また主
噴口１４の噴口方向は主燃焼室５の内壁５ａに且つその
底部側方向に設定されている。

以下に本発明の内燃機関の燃焼室の作用を添付図面に基
づいて説明する。

ビスｌ−ン３の圧縮工程の終期には、高温の圧縮空気が
、空気導入通路８を介して渦流室７内へ押し込まれる。

このとき断熱部材１５は、圧縮空気の熱がシリンダヘッ
ド１に熱伝導されることを抑えるため、大気温度が極低
温のときでも空気導入通路８及び渦流室７の昇温が速や
かに行われる。

渦流室７内に押し込まれた圧縮空気は渦流室７の内１１
７ａに沿って旋回されて、その渦流室７内に強いスワー
ルＳ１を創生する。ざて、機関始動時でクランキング回
報数が低く第３，４図に示す針弁２２のリフトの極低速
域やアイドリンク運転領域を含む低回転、低負荷運転領
域にあっては、針弁２２が弁座２１から離れて副噴口１
３のみを開放する。これにより副噴口１３からは微粒化
されて員微力の弱められた微粒化燃料噴ｎ　Ｆ　２が噴
射される。副噴口１３が開かれる時ＩＩはピストン３の
上死点より手前であるので、微粒化燃料噴霧Ｆ２は空気
導入通路８から渦流室７への圧縮空気流に乗って蒸発さ
れつつ渦流室７内に入り、ここで強いスワールＳ１によ
り撹拌されて瞬時のうちに蒸発されると共に、渦流室７
内の空気との混合が加速的に行われる。また、このとき
は噴射燃料のほとんどが副噴口１３から噴射されるので
主燃焼室５に対して燃焼室容積の小さな渦流室７は、空
燃比が小さくなってリッチな条件にされる。このため渦
流室７には燃料の蒸気と空気とが混合されて着火燃焼性
の良い予混合気が多大に生成される。この結果、セタン
価の高い燃料油（例えば軽油）は瞬時のうちに燃焼して
その燃焼ガスが空気導入通路８を介して主燃焼室５に流
入し、これが主燃焼室５の空気と混合して再燃焼される
。

また、燃料油が、揮発性が高くセタン価の低い燃料油（
例えばガソリン、アルコール及びこれらの複合燃料油）
である場合であっても、渦流室７の空燃比を小さくでき
るため、着火手段１６の点火によって速やかに急速燃焼
を行うことができる。

したがって燃焼温度が高くなって１１０．青白煙。

ＮＱＸを大巾に低下すると共に、出力、熱効率及び燃費
の優れた燃焼特性を得ることができる。

次に４弁２２のリフト値が副噴口１３のみを開とする所
定リフト値を越える中・高負荷運転領域では、主唱口１
４も間となり主燃焼室５内には貫徹力の大きな燃料噴霧
Ｆ１が噴出される。この燃料噴霧Ｆ１は、主燃焼室５の
周壁５ａにその一部が衝突し飛散されると共に、残部が
周壁５ａに沿ってスワールＳ２方向に末広がりとなって
流れ蒸発面積の大きな燃料膜を形成する。したがって飛
散された燃料油は圧縮空気の高温熱と壁熱とによりその
外面が蒸発され、主燃焼室５内にも適正空燃比の予混合
気が生成される。この予混合気は、Ｗ４流室７の燃焼に
よって空気導入通路８より主燃焼室５内に流入する火炎
及び燃焼エネルギにて即時着火されて失火のない燃焼が
行なわれ、ピストン３の下降と共に燃焼を完結する。

このように機関始動時を含むあらゆる使用負荷領域で燃
料油を安定燃焼させ得ることができ、また、急激な異常
燃焼（着火遅れ等）によって生じる燃焼騒音及び燃焼ピ
ーク温度を下げることができるので、１１Ｃ２青白煙、
ＮＱＸの発生を抑えて出力。

熱効率を向上せしめ燃費の優れた燃焼を得ることができ
る。さらに、空気導入通路８を介して主燃焼室５と渦流
室７を形成することは、燃料噴射後における混合気の移
動を規制するのに有効であるため噴射燃料油の主燃焼室
５への分散を抑えて適正な空燃比を保持させる機能をも
っている。ところで、主燃焼室５に臨ませられる主唱口
１４は必ずしもスワールＳ２の順方向に限らずスワール
Ｓ２に向流させて蒸発を促進させても良く、さらにその
主噴口１４を所定の噴射角をもたせて複数設けても良い
。その際にはその方向が燃焼室の中心より内側が望まし
い。

また、本発明の内燃機関の燃焼室の実施例にあって主燃
焼室の形状をその水平断面が円形となるように説明した
が、これに限らず四角、三角等の多角形形状でも良く、
また主噴口１４の噴口方向がその多角形のコーナ部、さ
らにそのコーナ部を径方向外方に窪ませた棚部へ向ける
ことにより、揮発性・低セタン価燃焼油であっても部分
的に濃混合気を生成することが可能になり、燃焼の安定
性を促進できる。さらに第６図に示すようにピストン頂
部４に主燃焼室５に連通ずる切り欠き溝１７を形成し、
この切り欠き満１７に上記空気導入通路８の入口を接続
するようにしても良い。

［発明の効果１ 以上説明したことから明らかなように本発明の内燃機関
の燃焼室によれば次の如き優れた効果を発揮できる。

中　主燃焼室と渦流室とを連通ずる空気導入通路に、主
燃焼室内に主唱口が渦流室内に副噴口がそれぞれ臨ませ
られた燃焼噴射ノズルを配設したので、渦流室での急速
燃焼と主燃焼室の壁面蒸発燃焼を行わせることができる
。

（２）　　主燃焼室と渦流室とを空気導入通路を介して
連通したので、渦流室での高温燃焼によって生じた燃焼
ガスは主燃焼室で再燃焼の機会を与えられるため、ＩＩ
ｃ、　ＮＯ，、青白煙等の燃焼未燃物を大巾に低下させ
た燃焼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の燃焼室の好適一実施例を示
す概略縦断面図、第２図は第１図の上面図、第３図及び
第４図は燃料噴射ノズルを示す概略断面図、第５図は第
２図のＶ矢視断面図、第６図は変形例を示す概略断面図
、第７図及び第８図は従来例を示す概略図である。 図中、１はシリンダヘッド、２はシリンダボディ、３は
ピストン、５は主燃焼室、７は渦流室、８は空気導入通
路、１１は燃料噴射ノズル、１３は副噴口、１４は主噴
口、１５は断熱部材、１６は着火手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ピストンに形成された主燃焼室とシリンダヘッ
   ドに形成された渦流室とを連通する空気導入通路に、主
   燃焼室内に主噴口が、渦流室内に副噴口がそれぞれ臨ま
   せられた燃料噴射ノズルを配設したことを特徴とする内
   燃機関の燃焼室。 （２）　上記副噴口が上記空気導入通路の略軸線上に沿
   つて上記渦流室内に臨ませられた上記特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の燃焼室。（３）　上記副噴口が主
   噴口に対して先行して開放される上記特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の燃焼室。 （４）　上記副噴口の噴口径が主噴口の噴口径に対して
   小さく形成された上記特許請求の範囲第１項乃至第３項
   いずれかに記載の内燃機関の燃焼室。 （５）　上記渦流室と空気導入通路との内壁がセラミッ
   ク等から形成される断熱部材によつて被われた上記特許
   請求の範囲１項記載の内燃 機関の燃焼室。 （６）　上記渦流室がスパークプラグ等の着火手段を配
   設された上記特許請求の範囲第１項または第５項記載の
   内燃機関の燃焼室。