JPS62255525A - 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、特に燃料としてガソ
リン、アルコールその低セタン価燃料を使用できる内燃
機関の燃焼室に関する。

［従来の技術］ 一般に、直噴式ディーゼル内燃機関は、高い燃焼効率、
低い排気温度その長所を有しているが、その反面、爆発
圧力、撮動及び騒音等が高く欠点とされていた。

このような欠点を改善すべく、ピストンの頂部を窪ませ
て燃焼室を形成し、その燃焼室内にスワールを生成する
一方で燃焼室の内壁に燃料を噴ＤＩ　！突させてそれを
蒸発させ、上記スワールに混合させて着火性に優れた予
混合気を生成し、それを自発的に着火燃焼させるいわゆ
るＭＡＮ−Ｍ方式機関が知られている。

しかしながら、上記Ｍ方式機関は、噴射される燃料を蒸
発燃焼させる方式であるため大気温が低く、また機関の
冷却水温が低い条件下で十焼室内に多くの燃焼未燃物（
ＩＣ）が生じ、青白煙の発生原因となっている。また大
気、水温が常温の場合でも、アイドリンク時その軽口荷
時の場合には、（料蒸発に必要な壁温に達していないた
めに燃焼未燃物（ＩＩｃ）を多大に発生させ燃焼状態を
悪化させる要因になっていた。

また、この欠点はトロイダル形燃焼至で燃料制御噴射し
た稀薄状態でも発生することが確認されている。原因と
しては、着火した後、火炎伝播が正常になし得ず吹き消
えてしまうからである。

このような欠点を解消すべく本出願人は先に特願昭５９
−２１０５１９号の直噴式ディーゼルエンジン燃焼室を
提案している。

この提案は、第６図に示す如く主燃焼室２に互いに連通
すべく並設されてピストン頂部１に窪まされて形成され
た副燃焼室３と、上記主燃焼室２内に、これに発生され
るスワール方向に臨んで燃料を噴出する主噴口を有する
と共に、その主噴口が閉じたときに、上記副燃焼室３内
に、これに発生されるスワール方向に臨ませて燃料を噴
出するＦＪＩＦｊｒｌｏを有する燃料噴射ノズルとで直
噴式ディーゼルエンジン燃焼室を構成するものである。

ざらに詳述すれば、上記副燃焼室３が上記主燃焼室２に
比して小容積に形成されると共に、それら各燃焼室２，
３を上部を開放した円形断面をなすように、また、それ
ら燃焼室２．３の周側壁の一部を開放してバンク部を有
すように形成される。

このようにして形成される主・副燃焼室２．３には、そ
れら各燃焼室２．３内に、微粒化燃料を供給する例えば
ピント−クルノズルタイプの燃料噴射ノズルが設けられ
る。

この燃料噴射ノズル４は、第７図に示すようにノズルボ
ディ７内に昇降自在にニードル弁１０を設け、そのニー
ドル弁１０が所定リフト以下でノズルボディ７に形成さ
れた副噴口１１を間放し、所定リフト以上でノズルボデ
ィ７に形成された主唱口１３を開放してそれら主・副噴
口１１．１３から燃料を噴出させるものである。

桿　−Ｔ　　　群　＾　７ｇＩｒ１；　　ｌ−七　−＼
　プ　ζ峰　　　剥すか１　ｎ＾ｈ＋　　１　１　　Ｉ
Ｉ４の副噴口１１から副燃焼室３内に噴出される微粒化
燃料が副燃焼室３内に生成されて、これに閉じこめられ
たスワールＳと混合して瞬時に蒸発され、着火性に優れ
た予混合気Ｆを生成する。一方、噴射された微粒化燃料
の多くは副燃焼室３の内壁３ａに衝突して、副燃焼室３
の内壁３ａに沿って流れる燃料フィルムＨを形成する。

この燃料フィルムＨは、副燃焼室３の内壁３ａより次第
に受熱蒸発されるため、上記予混合気Ｆが着火燃焼され
ると、イの火炎が燃料フィルムＨに徐々に伝播される。

そのため副燃焼室３内の燃料は燃焼寮内圧力の急上昇を
防止しながら燃焼されることになる。

高負荷時においては、主噴口１３から員徹力が大きく、
比較的大粒径の燃料噴霧が主燃焼室２内に噴出されるた
め、その燃料噴霧は、主燃焼室２内に生成されてこれに
閉じ込められたスワールＳと混合して蒸発され着火性の
良い予混合気Ｆに生成される。一方、燃料噴霧の多くは
、主燃焼室２の内壁２ａに衝突しこれに沿って流れる燃
料フィルムＨを■４戊する− 従って、上記予混合気Ｆは副燃焼室３内で生成される火
炎が伝播されて着火燃焼し、この火炎が主燃焼室２の内
壁２ａによって蒸発される燃料フィルムＨに徐々に伝播
されて主燃焼室２内での緩慢燃焼を達成することになる
。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上の如く構成される直噴式ディーゼルエンジン燃焼室
は、低負荷、高負荷運転の広範囲にわたり緩慢で静画燃
焼を達成し、青白煙と燃焼未燃物の発生を抑制できるよ
うに構成されたものであるが以下の如き問題点があった
。

大気温が低温である場合では、機関全体が冷却されるた
めに、始動時において上記燃焼室が十分なる蒸発能力を
持ち得ない。その為、本出願人は上記副燃焼室内にグロ
ープラグを挿入して副燃焼室の自発着火を補助していた
。しかし、このグロープラグは、供給される燃料のセタ
ン価がある程度以上でなければ着火させるだけの十分な
能力を発揮できないため、例えば純アルコール、ガソリ
ンその低セタン価燃料に適用させるには十分てはないと
いう問題があった。

また、上記副燃焼室がピストンの軸芯に対して偏心して
形成されると共に、極めて小さな容積に形成されている
ため副燃焼室内でのスワールの生成が困難であり、空気
と燃料との良好な混合比が得られない虞れがあるという
問題があった。

本発明は上述の如き問題点に鑑みて０１案されたもので
、低負荷時にガソリン、純アルコールその低セタン価燃
料を良好に着火させると共に、全負荷領域にわたり緩慢
燃焼を行なわせ、青白煙及び騒音を低減する内燃機関の
燃焼室を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 内燃機関の燃焼室における問題点を解決するために本発
明はピストン頂部を窪ませて互いに連通ずる主燃焼室と
副燃焼室とを並設し、これら各燃焼学内に燃料を噴出す
る燃料噴射ノズルを設けると共に、上記副燃焼室に主燃
焼室からスワールを導入するためのスワール導入路を設
けたものである。

［作　用］ 上述の如く構成され、上記副燃焼室に主燃焼室からスワ
ールを導入するスワール導入路を設けたので、コ１燃焼
室内にて空気とガソリンまたは純アルコールその低セタ
ン価燃料との良好な混合比を得ることができ、内燃機関
の低温始動時や低負荷時において、低セタン価燃料を自
発的に着火燃焼させることに成り、且つ着火遅れなく緩
慢燃焼が成されるものである。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を添付図面に従って詳述する。

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示すもので
ある。図示するように、ピストン頂部１には、これより
窪まされて主燃焼室２と副燃焼室３とが夫々上部を開放
した例えば円形断面形状を呈するように形成されている
。これら主燃焼室２と副燃焼室３との接合部は上方を開
放して互いに連通させるバンク部１６にて形成されてい
る。こ小バゝツノ１ｆ！Ｉ（１（′％け　目仕肯り一は
士螺會６室９とｎ１猷焼室３との互いに相隣接する周側
壁２ａ、３ａの一部を開放して形成されている。また、
主燃焼室２と副燃焼室３との容積比は、副燃焼室３が主
燃焼室２よりも小さな容積に形成され、具体的には上記
副燃焼室３の円形断面が主燃焼室２の円形断面よりも小
径に形成されると共に、副燃焼室３は、主燃焼室２より
も浅く窪まされて形成されている。

このように形成された上記主燃焼室２と副燃焼室３とを
結ぶバンク部１６の上方には第２図に示す如く、それに
臨むように燃料噴射ノズル４が設けられており、この燃
料、噴射ノズル４はシリンダヘッド（図示せず）に取り
付けられている。この燃焼噴射ノズル４は第７図にて前
述した如く、シリンダヘッドに取り付けられるノズルボ
ディ７内の弁座８に対して昇降自在に着座してそれを開
開するテーパ部９を有するニードル弁１０と、その弁座
８より開口されて上記副燃焼室３の内壁３ａに、且つ第
１図に示すようにこれより噴射される燃料噴霧が副燃焼
室３内に生成されるスワールＳの下流側に向けて噴射さ
れるように形成されたＤ１噴口１１と、上記ノズルボデ
ィ７先端部に、且つ上記ニードル弁１０の軸芯方向に沿
って開口されると共に、上記ニードル弁１０の縮径部１
２を収容し、これが開放されることにより燃料を第１図
に示す如く主燃焼室２の内壁２ａに、且つそれに生成さ
れるスワールＳ方向の下流側に噴射すべく設けられた主
噴口１３とから形成されている。

また、上記ｍｌ噴口１１と主噴口１３とは、上記ニード
ル弁１０のリフト量でそれぞれ間口されるようになって
おり、機関が低負荷時には、所定リフト以下で副噴口１
１が開放され、そのリフト以上で主唱口１３が開放され
て高負荷運転に要する燃料が、それぞれ燃焼全２．３内
に供給されるように成っている。

更に、上記副燃焼室３には主燃焼室２内にて生成された
スワールを主燃焼室２から副燃焼室３内へ導入するため
のスワール導入路１７が設けられている。このスワール
導入路１７は主燃焼室２にて生成されるスワールの下流
側から主燃焼室２と副燃焼室３とを結ぶバンク部１６を
：１けて副燃焼導入路１７は主燃焼室２から副燃焼室３
ヘスワール方向に上記バンク部１６を週番ノてピストン
壁１８を貫通する貞通孔１９にて形成され、このｄ通孔
１９は主燃焼室２と０１燃焼室３とを結ぶ接線の位置に
形成されている。

また更に、上記副燃焼室３は上記燃料噴射ノズル４から
噴射される燃料がガソリン、純アルコールその低セタン
価燃料である場合は、その燃料を、低温大気中、低負荷
時に確実に着火燃焼させるために、点火手段１５を有し
ている。

この点火手段１５は、第１図に示すようにＤｊ燃焼室３
内に臨んで垂下するように設けられ、例えばスパークプ
ラグ等が採用されている。

次に以上の如く構成された本発明の第１の実施例の作用
を述べる。

第１図乃至第３図に示す如く、主燃焼室２及び副燃焼全
３内は機関の往復動により圧縮されるが、機関が始動時
または低負荷時には、燃料噴射ノズル４のＤ１噴口１１
から副燃焼室３内にガソリンまたは純アルコールその低
セタン価燃料噴霧が噴出される。その燃料噴霧は、副燃
焼室３の内壁３ａに衝突されて、さらに微粒化して、そ
の内壁３ａに沿って流れる燃料フィルム日を形成するこ
とになる。

上記主燃焼室２及び副燃焼室３内には圧縮されながらシ
リンダヘッド（図示せず）に設けられたスワールボート
（図示せず）からスワールＳが供給され、このスワール
Ｓは上記主燃焼室２及び副燃焼室３内に夫々生成され閉
じ込められる。然し乍ら、上記副燃焼室３はピストンの
軸芯に対して偏心して形成されると共に、極めて小さな
容積に形成されているため、副燃焼室３内でのスワール
Ｓの生成が困難である。そこで、主燃焼室２内にて生成
されるスワールＳの下流側から上記バンク部１６を避け
て副燃焼室３に連通されたスワール導入路１７から主燃
焼室２内のスワールＳを積極的に副燃焼室３内へと導入
する。そして、このスワール導入路１７は本実施例にあ
っては主燃焼室２と副供曽室３とを結ぶ培編の（◇若に
ト言２バンク部１６を避けて形成されているのでこのよ
うなスワールＳの導入が容易と成る。

ここで、噴出された低セタン価燃料の一部は、粒径が小
さいため上記スワールＳによって瞬時に蒸発されて、自
発着火燃焼しやすい良好な混合比に空気と低セタン価燃
料との予混合気Ｆを生成し、残量は上記燃料フィルムＨ
に生成された後、壁面から徐々に蒸発する。また、この
予混合気Ｆの混合比の状態によっては上記副燃焼室３内
が点火手段１５を有しているので、これによって点火を
行わせることができる。この場合にも主燃焼室２内から
副燃焼室３内にスワールＳが導入されているため、極め
て容易に着火させることができる。この着火により、火
炎が副燃焼室３内の着火位置より、副燃焼室３の内壁３
ａに向って伝播され、その内壁３ａに沿って流れる燃料
フィルムＦを、徐々に燃焼することになる。また、低温
始動時にあっては、燃料の空燃比を調整することによっ
て、点火手段１５の点火に対する燃料の着火性を制御す
ることが可能である。

このように、副噴口１１からの噴霧は副燃焼室３の内壁
３ａに向けられているので、多くの燃料は内壁３ａに沿
って分布される。さらに着火した熱エネルギで壁面に分
布された燃料は徐々に蒸発燃焼する。副燃焼室３は主燃
焼室２と隔てられており、また主燃焼室２内から導入さ
れた副燃焼室３内のスワールＳによって副燃焼室３内に
燃焼ガスの大半が閉じ込められ副燃焼室３内の燃焼は達
成され、それによって燃焼温度が上昇し、青白煙の発生
及び燃焼未燃物（ＩＩｃ）の生成を抑制できることにな
る。このために低負荷時には、副燃焼室３内の燃焼平均
温度が上昇し、その結果、青白煙の発生及び燃焼未燃物
（ＨＣ）の生成を抑制できる。

さらに、高負荷時に於いては、上記主噴口１３よりも燃
料噴霧が主燃焼室２の内壁２ａに向けて、且つスワール
Ｓの下流方向に向けて第１図、第２図に示す如く燃料が
噴射され、上記同様に燃料フィルムＨと予混合気Ｆを生
成する。この時、副燃焼室３内の燃焼ガスの一部が主燃
焼室２内の予混合気Ｆに火炎伝播し、さらに燃料フィル
ムＨｈ＜着火されて燃焼されることになる。しかしなが
ら、主唱口１３より噴射される燃料は副噴０１１より噴
射される燃料噴霧よりは大径であり、貫徹力が大きいた
め、蒸発燃料とスワールＳとが混合して生成される予混
合気Ｆを過剰に生成しないため、これが着火しても主燃
焼室２内は急激燃焼とは成り得ない。従って、予混合気
Ｆが着火することによって発生された熱により残りの燃
料フィルムＨを速やかに蒸発せしめこの蒸気が燃焼して
いき緩慢に燃焼されることになり、これによって急激な
主燃焼室２内の圧力上昇は抑制され、さらに騒音を低減
できる。また高負荷になる程主噴口１３より噴射される
燃料は増加し、最大では９０％以上噴射されることにな
るので上記作用は確実に達成され、副燃焼室３より流入
する火炎によって確実に着火されることになる。

また、第４図は本発明の第２の実施例を示すものである
。図示するように第２の実施例にあっては第１の実施例
の如く構成された内燃機関の燃焼室に加えて、上記】ｌ
燃焼室３内に導入されるスワールＳの下流側から上記バ
ンク部１６を避けて主燃焼室２に連通された火炎伝播路
２０が設けられている。この火炎伝播路２０は上記スワ
ール導入路１７の反対側の主燃焼室２と副燃焼室３とを
結ぶ接線の位置に上記バンク部１６を避けて形成されて
構成されている。

第２の実施例の作用・効果は第１の実施例と同様の作用
・効果を示すものであるが、特に本実施例にあっては、
副燃焼室３内より主燃焼室２内へ伝播・流入される火炎
によって主燃焼室２内がより確実に着火燃焼されること
に成り、完全燃焼により出力が増大する。

更に、第５図は第３の実施例を示すものである。

図示するように、第３の実施例にあっては第１の実施例
の如く構成された内燃ａ１１Ｑの燃焼室の上記スワール
導入路１７と反対側に位置された上記主燃焼室２と副燃
焼室３とを結ぶバンク部１６を切欠いて、上記副燃焼室
３内に導入されたスワールＳの下流側の開口部２１を広
く形成して構成され第３の実施例にあっては第２の実施
例の作用・効果と同様の作用・効果を示すものである。

［発明の効果］ 以上型するに本発明によれば次の如き優れた効果を発揮
する。

（１）　　ピストン頂部に主燃焼室と副燃焼室とを並設
し、それらを互いに連通させた燃焼室を形成して、上記
副燃焼室に主燃焼室からスワールを導入するスワール導
入路を設けたので、副燃焼室内にて空気とガソリンまた
は純アルコールその低セタン価燃料との良好な混合比を
得ることができ、内燃機関の低温始動時や低負荷時にお
いて、低セタン価燃料を自発的に着火燃焼させることが
でき、且つ着火遅れもなく緩慢燃焼させることができる
ため、青白煙・燃焼未燃物（）Ｉｃ）を低減することが
できる。

＋２）　　＋１）項に加えて副燃焼室に点火手段を設け
た場合にはより確実に着火燃焼させることができる。

（３）　　主燃焼室と副燃焼室とに連通する連絡部分を
燃焼室内に侵入して、その燃焼ガスによって主燃焼室内
に噴射蒸発された予混合気及び燃料フィルムに着火燃焼
させて速やかにｖｉ慢燃焼を達成できるので、低負荷か
ら高負荷に至る広範囲にわたって騒音が防止できる。

特に第２及び第３の実施例の如く構成した場合には副燃
焼室内での燃焼火炎を主燃焼室内へ導入・伝播させるこ
とができ上記効果が顕著であり、且つ出力が増大できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例を示す平面図、第２図
は第１図の側断面図、第３図はピストン頂部に形成され
た本発明の第１の実施例を示す斜視図、第４図は本発明
の第２の実施例を示す平面図、第５図は本発明の第３の
実施例を示す平面図、第６図は従来例を示す平面図、第
７図は燃料噴射ノズルを示す概略側断面図である。 図中、１はピストン頂部、２は主燃焼室、３は副燃焼室
、４は燃料噴射ノズル、１７はスワール導入路、Ｓはス
ワールである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン頂部を窪ませて互いに連通する主燃焼室
   と副燃焼室とを並設し、該各燃焼室内に燃料を噴出する
   燃料噴射ノズルを設けると共に、上記副燃焼室に主燃焼
   室からスワールを導入するためのスワール導入路を設け
   たことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
2. （２）上記副燃焼室が主燃焼室より小さな容積を有する
   と共に、主燃焼室との接合部が上方を開放して互いに連
   通させるバンク部に形成さ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. （３）上記燃料噴射ノズルが、上記主燃焼室と副燃焼室
   とを結ぶバンク部に位置されて、その主噴口を上記主燃
   焼室内に、その副噴口を上記副燃焼室内に臨ませた上記
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の内燃機関の燃
   焼室。
4. （４）上記燃料噴射ノズルが、ニードル弁の所定リフト
   以下で微粒化燃料を噴出すべく副噴口を開放し、所定リ
   フト以上で燃料噴霧を噴出すべく主噴口を開放するよう
   に構成された上記特許請求の範囲第３項記載の内燃機関
   の燃焼室。
5. （５）上記スワール導入路が上記主燃焼室にて生成され
   るスワールの下流側から上記バンク部を避けて副燃焼室
   に連通された上記特許請求の範囲第１項乃至第４項のう
   ちいずれか１項記載の内燃機関の燃焼室。
6. （６）上記副燃焼室が点火手段を有するように形成され
   た上記特許請求の範囲第１項乃至第５項のうちいずれか
   １項記載の内燃機関の燃焼室。
7. （７）上記点火手段が、スパークプラグから構成される
   上記特許請求の範囲第６項記載の内燃機関の燃焼室。