JPS63306224A - 内燃機関 - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関に係り、特にディーゼル燃焼方式に低
セタン価の燃料を適用する際に好適な内燃機関に関する
。

［従来の技術］ 一般にディーゼル式内燃機関は、その燃料としてセタン
価の極めて小さなアルコール、ガソリン等を使用する場
合には、火花点火式内燃機関として構成される。そして
この火花点火式内燃機関は、スパークプラグ等の点火手
段の近傍に可燃適正空燃比の混合気が存在すれば、他の
部分の混合気状態の如何を問わず、火花放電により良好
な燃焼が達成され、従って可燃適正空燃比の混合気が点
火手段の近傍に存在するか否かが重要である。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した内燃機関にあっては、噴射燃料量が
少なく混合気生成の難しい低負荷時には、混合気が非常
に稀薄となり、火花放電によっても火炎が伝播せずミス
ファイヤを生じ易い。ここに、低負荷時には吸気を絞っ
て吸入空気量を減少させることが考えられ、このように
すれば燃料着火性を向上できるが、絞りによる機関のボ
ンピングロスが増加し、燃費等が劣化する問題がある。

この問題は、結局低負荷時には点火手段の近傍に可燃適
正空燃比の混合気を確保できないという点に基づくもの
である。

そこで、第１１図に示すように、燃料噴射ノズルａから
直接点火手段すに向けて燃料を噴射して、微粒化若しく
は蒸気化した燃料の混合気を点火手段すの近傍に濃厚に
形成させることが考えられる。

しかしながら、混合気Ｃは、燃焼室ｄの上部に設けられ
た点火手段すの近傍よりも、その下方の燃焼全底部ｅに
多く存在することとなり、適切な燃焼を充分に達成でき
ない場合がある。

ここに本出願人は関連する技術として第１２図及び第１
３図に示すように、燃焼室ｆの内壁９に形成した段部り
により燃焼室ｆ内に噴射燃料ｉを集合させる集合空間ｊ
を形成するとともに、この集合空間ｊ内に点火手段ｋを
設けて、狭い集合空間ｊ内に′ａ原な混合気ρを分布さ
せてこの混合気ρに点火手段りで着火さＵるようにした
Ｅ内！！機関」（特願昭６１−５２５４６号）を提案し
た。本提案によれば、噴射燃料量の少ない低負荷時から
高負荷時にｎって点火手段にの近傍に混合気Ωを濃厚に
分布させて確実に着火燃焼させることができる。

しかしながら、本提案にあっては、ピストンヘッドｍ上
方から燃焼室ｆ内に流れ込むスワールｎ特に段部りによ
って狭められた集合空間ｊに直接流れ込むスワールｎが
、この集合空間ｊで絞り込まれてその流速が高められる
傾向にあり、その結果流速の高いスワールｎによって点
火手段にの火゛花が瞬時に吹き消されて着火できない場
合があった。

本発明は上述したような問題点に鑑みて創案されたもの
であり、その目的はディーゼル式内燃は関を低セタン価
燃料用の火花点火式内燃機関として構成する場合に、低
負荷時にあっても適正な燃焼を確保できる内燃機関を提
供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、燃焼室内に　段部を形成し、段部のスワール
流れ方向後方に点火手段を配設して構成される。

［作　用］ 次に本発明の作用について述べる。

第６図及び第７図に示すように、燃焼室１内に形成され
た段部２により、燃焼室１内に流れ込む、　スワールＳ
は、段部２のスワールＳ流れ方向（（方で、そのまま旋
回を続ける主流部分Ｓ１と、このスワールＳの主流部分
ＳＩに対し置き去りにされて段部２の背後に回り込む渦
等の流れ部分Ｓ２とに分解され、この流れ部分Ｓ２がよ
どみ王を生成する。このよどみＴでは、スワール＄２の
動圧が小さくなっており、空気の緩やかな攪拌作用を生
じている。また、スワールＳ等が随伴する燃料らこのよ
どみＴに滞留することとなり、その混合気に点火手段で
着火するようになっている。

［実施例〕 以下に本発明の好適な第１の実施例を添付図面に従って
詳述する。

第１図及び第２図には、直接噴射式ディーゼル機関等に
採用される燃焼室１が示されている。この燃焼室１は、
ピストンヘッド３を方形状に陥没させて、その周側部を
形成する壁面１ａ、１ｂに区画されて平断面角形状の角
形燃焼室１で形成される。この燃焼室１内には、ヒスト
ンヘッド３上方から燃焼室１内に流れ込み、その後方へ
と流れてゆくスワールＳによどみＴを生じさせるための
段部２が形成される。この段部２は第１図及び第２図並
びに第６図及び第７図に示すように、その上方を流れて
後方に流出してゆくスワールＳから、そのまま燃焼室１
内で旋回を続ける主流部分Ｓ１に対し、置き去りにされ
て段部２の背後に回り込む動圧の小さな渦等の弱い流れ
（図中、Ｓｚで示す）を生じさせ、この弱い流れＳ２に
基づくよどみＴを生成するように機能する。具体的には
この段部２は、１組の壁面１ｂによって区画される燃焼
室１の角部１ｄに、その高さ方向に沿って燃焼室１の底
面１Ｃから段違いに隆起させて突出形成される。また本
実施例にあっては段部２は、角部１ｄから燃焼室１の中
央に向って拡張された四辺形状に形成され、スワールＳ
が通過する段部２上面の表面積Ａが拡張されてピストン
ヘッド３の上方から燃焼室１の周方向に沿って流入して
くるスワールＳの通過のチャンスを多く確保できるよう
になっている。これは、段部２自体は燃焼室１内に深さ
が段違いに浅くなった狭められた空間を形成し、スワー
ルＳに絞り効果を与えてその流速を高めるが、その後段
部２を経過したスワールＳが過度に減衰されるとスワー
ルの主流部分Ｓ１の勢いが弱められてしまい、燃焼室１
全体で見た場合の混合気生成に悪影響を及ぼすおそれが
ある。そこで段部２の表面積Ａを広く形成することによ
り、段部２上を流通するスワールＳ量を多く確保して必
要なよどみＴを生成させつつ充分なスワール流（主流部
分Ｓ１）を継続して燃焼室１内に旋回させるようになっ
ている。また段部２は燃焼室１の角部１ｄに形成されて
いるため、燃焼室１の遠心部を流れる高速のスワールＳ
が通過するようになっており、主流部分Ｓ１の維持並び
によどみ■の生成に対して更に効果的である。

尚、充分な主流部分Ｓ１が得られる場合には、段部２は
その表面積へを狭めるように比較的幅狭に形成しても良
い。

また第１図及び第２図並びに第６図及び第７図に示すよ
うに、段部２はこれよりスワールＳの流れ方向後方の燃
焼室１の壁面１ａに間隔を隔てて相対向する段部壁２ａ
を有するように構成される。

上述したよどみ王は、段部２を経過したスワールＳの一
部Ｓ２が置き去りにされることで生成されるが、これの
みならず一般に流体が壁にぶつかって一旦その運動が停
止される場合にも生じ、本実施例にあっては主流部分Ｓ
１の一部が壁面１ａに衝突することで生成される。主流
部分Ｓ１が壁面１ａに衝突することで生じた一部の弱い
流れは、スキッシュの影響等で燃焼室底面１Ｃ側へ押し
流され、更に底面１Ｃには燃焼室１上方のような強いス
ワールＳが存在しないため壁面１ａから段部壁２ａへと
戻るような緩やかな流れを生じ（図中、Ｓｌで示す）、
上述した置き去りにされた弱い流れＳ２と共に動圧の小
さな、緩やかな攪拌作用を伴うよどみ王を生ずることに
なる。即ち段部２に、これよりスワールＳ流れ方向後方
の燃焼室１の壁面１ａに間隔を隔てて相対向する段部壁
２ａを形成することは、これら壁１ａ、２ａ間に区画さ
せた空間に、段部２によって生じる弱い流れＳ２と、そ
れのみならず燃焼室壁面１ａにスワール（主流部分）Ｓ
ｌが衝突して生じる弱い流れＳｌをも加えさせてその相
乗効果により、一層明確で効果的なよどみ王を生み出す
ことができることになる。

そしてこのような燃焼室壁面１ａとの位置関係、並びに
上述した段部２上面の表面積Ａの確保、燃焼室１遠心部
の強いスワールＳの通過可能性の観点から、段部２を燃
焼室１の角部１ｄに形成するようになっている。

このように構成された燃焼室１には、シリンダヘッド４
に形成された取付孔５に装着させて燃焼室１内に燃料を
噴射するノズル６が設けられる。

本実施例にあっては第１図及び第２図に示すように、球
状頭部７に、同一口径の複数の噴口８〜１１が、燃焼室
壁面１ａ、１ｂの周方向に沿って互いに間隔を隔ててｔ
Ｉｌ射状に形成されたノズル６が採用される。このノズ
ル６は、低負荷時から高負荷時に亙って、これらすべて
の噴口８〜１１から燃料ＦＬ　、Ｆ２を噴射するように
なっている。また殊にこのノズル６は、複数設けられた
噴口８〜１１のうち少なくとも１つの噴口８をよどみＴ
に臨ませて設けられる。そして、この噴口８はよどみＴ
に向けて噴霧Ｆ１を噴射し、噴射された燃料Ｆ１は緩や
かな攪拌流様に流動するよどみＴの中で混合気化しつつ
８１厚に滞留するようになっている。

他方他の噴０９〜１１は、他の角部１ｄ付近に燃料Ｆ２
を噴射することになる。

更に、段部２のスワールＳ流れ方向後方に生成されるよ
どみ王には、滞留される混合気に着火させるだめの一般
的構成で成るスパークプラグ等の点火手段１２が設けら
れる。この点火手一段１２はシリンダヘッド４に形成さ
れた取付孔１３内に取り付けられ支持される。

次に第１の実施例の作用について述べる。

ピストンヘッド３の上方から燃焼室１の周方向に沿って
燃焼全１内に流入してくるスワールＳは、その一部が段
部２の存在、並びに段部壁２ａに相対向する燃焼室１の
壁面１ａとの衝突により、これら壁面１ａ、２ａ間の空
間に置き去りにされ（図中、Ｓ２で示す）、または壁面
１ａから段部壁２ａに戻るような流れ（図中、Ｓ〕でホ
ブ）を生じて、段部２のスワールＳ流れ方向後方によど
みＴを一生成することになる。

本実施例に採用されるノズル６は、低負荷時から？＆負
荷時に亙って全ての噴口８〜１１から燃料Ｆｉ、Ｆ２を
噴射する型式のものであり、従来の燃焼室構造（第１１
図参照）では燃料が燃焼室全域に均一に拡散してしまい
、殊に燃料噴射ｍが少ないアイドリンク時等低負荷時に
は混合気が稀薄となって点火手段１２の近傍に着火可能
な混合気を確保することが困難である。

ここに、よどみＴに臨む噴口８から噴射された燃料Ｆ１
は、よどみＴ中の攪拌作用を呈する動圧の小さな緩やか
な流れにより混合気化される。また段部２上等に噴射さ
れた燃料Ｆ２も、スワールＳに随伴されて燃焼室１内に
旋回されており、その一部混合気は壁面１ａに衝突して
段部２側へ戻る流れＳ３と共によどみＴ中に混入されて
くる。

このようにして、よどみＴ中には、混合気が濃９に分布
されることになる。このような濃厚な混合気の分布の下
、よどみＴに配設された点火手段１２は、噴霧Ｆ１の噴
射終了時に火花放電され、混合気を瞬時に着火させてそ
の後の火炎伝播により急速燃焼を達成できる。

このように第１の実施例にあっては、低負荷時において
点火手段１２の近傍に濃密に混合気を確保゛して確実に
着火させることができる。従って、低セタン価のアルコ
ール、ガソリン等の燃料を使用する場合にあっても、ミ
スフッイヤを防止でき、アルデヒド、＋−＋Ｃ，未燃ア
ルコール、青白煙等の排出を抑制し・た優れた燃焼を達
成できる。また絞りによるボンピングロス等もなく燃費
の面からも良好な性能を発揮させ得る。

他方、中・高負荷時にあっては針弁は大きくリフトされ
て複数の噴口８〜１１から多聞の噴霧Ｆ１゜Ｆ２が噴射
されて燃焼室１全体が均一に濃厚な混合気分布となるマ
ルチジェットを達成できる。この結果、燃焼室１仝体と
して濃厚な混合気分布を確保でき、充分な着火性の下、
高出力を１７ることができる。

次に第２の実施例について、添付図面に従って詳述する
。

本実施例にあっては第３図及び第４図に示すように、上
述の構造において上述したノズル６に代えて、主噴口１
４と副噴ｌ」１５とを有するノズル１６が採用される。

このノズル１６はピント−ノズルに類似する型式のもの
で球状頭部１７に、複数の主噴射用の主噴口１４がｔｌ
ｉ用状に形成されると共に、副噴割用のＤ１噴口１５が
形成される。そして、ノズル１６は、針弁のリフトが所
定リフト以下の低負荷域において、副噴口１５から１１
噴霧Ｆ３を噴射し、針弁のリフトが所定リフト以上の中
・高負荷域において、副噴口１５に加えて副噴口１５よ
りも主導的に主噴口１４から主唱’ｒＡ　Ｆ　ａを噴射
するようになっている。また殊に、このノズル１６は、
その副噴口１５をよどみＴに臨ませて設けられる。そし
て、副噴口１５はよどみＴに向けて副噴霧Ｆ３を噴射し
、噴射された副噴霧Ｆ〕は緩やかな攪拌流様に流動する
よどみＴの中で混合気化しつつ濃厚に滞留するようにな
っている。

他方主唱口１４は、他の角部１ｄ付近に主噴霧Ｆ４を噴
射することになる。

他の構成は第１の実施例と同様である。

次に第２の実施例の作用について述べる。

アイドリング時等の低負荷時にあっては噴射燃料量は少
なくて汎み、従って針弁のリフト量も小さく抑えられて
副噴口１５のみから副噴霧Ｆ３が噴射される。

ここに、よどみＴに臨む副噴口１５から噴射された副噴
１Ｆ３は、よどみＴ中の攪拌作用を呈する動圧の小さな
緩やかな流れにより混合気化されてよどみＴ中に集中的
に濃厚に分布されることになる。このような濃厚な混合
気の分布の下、点火手段１２は副噴霧Ｆ３の噴射終了時
に火花放電され、混合気を瞬時に着火させてその後の火
炎伝播により急速燃焼を達成できる。従って、低負荷時
において点火手段１２の近傍に濃密に混合気を確保して
確実に着火させることができる。従って、低セタン価の
アルコール、ガソリン等の燃料を使用する場合にあって
も、ミスファイヤを防止でき、アルデヒド、ＨＣ，未燃
アルコール、青白煙等の排出を抑制した優れた燃焼を達
成できる。また絞りによるボンピングロス等もなく燃費
の面からも良好な性能を発揮させ得る。

他方、中・高負荷域にあっては針弁は大きくリフトされ
、副噴霧Ｆ１に併せて複数の主噴口１４から主噴霧Ｆ４
が噴射されて燃焼ｖ１全体が均一な混合気分布となるマ
ルチジェットを達成できる。

この結果燃焼ｖ１全体として濃厚な混合気分布を確保で
き、充分な着火性の下、高出力を得ることができる。

尚、上記第１及び第２の実施例においては角型の燃焼室
１を対象として説明したが、第３の実施例どして第５図
に示すように、ピストンヘッド３の頂部に、丸形状に陥
没させて形成した丸型の燃焼室１に段部２を形成しても
良い。

但し、この実施例では段部２を経過した後旋回を続ける
主流部分Ｓ１は丸形燃焼室１の周方向にそのまま流れて
ゆくので、上記実施例のようにスワールＳｌの衝突によ
るよどみＴの生成がほとんど得られないが、置き去りに
される流れＳ２で必要なよどみ王を確保できる場合に採
用して好ましいものである。

更に、上述したよどみＴの生成に関し、よどみＴ内の流
れ、殊に燃焼室１の壁面１ａに衝突して段部壁２ａ側に
流れる弱い流れＳ３が、段部壁２ａに沿って上昇して第
１０図に示すように、その上方を流れるスワールＳに衝
突乃至引き込まれる等して、よどみＴの混合気が燃焼室
１外方へ流出していくおそれがある（図中、Ｂで示す）
。そしてこのような混合気の流出は、未燃分の発生によ
る排ガス性能の劣化や、燃費を悪化させることとなる。

ここに第４の実施例として第８図及び第９図に示すよう
に、端部２にはその後方に生成されるよどみ王の燃焼室
１外方への流出を規制するためのリップ１８が形成され
る。具体的にはリップ１８は、段部２の段部壁２ａに、
スワールＳの流れ方向に沿ってその流れ方向後方の燃焼
室１の壁面１ａに接近させて、よどみＴが生成される空
間を上方から覆うように廂様に張り出して形成される。

このようにリップ１８を形成することにより、よどみ王
が生成される空間をその上方に流れるスワールＳから仕
切ってよどみＴ中の流れが燃焼室１外方へ流出するのを
規制でき、混合気を点火手段１２による着火燃焼に有効
に寄与させて排ガスの劣化や燃費の悪化を防止しつつ燃
焼室１内で適切な燃焼を行わせることができる。

尚、リップ１８の形成により、上述の段部２の表面積△
も相当拡張することができる。

［発明の効果］ 以上要づるに本発明によれば、次のような優れた効果を
発揮する。

（１）　　燃焼室内に、その後方へ流れてゆくスワール
によどみを生じさせるための段部を形成し、この段部の
スワール流れ方向後方に生成されるよどみに点火手段を
配設したことにより、点火手段近傍に混合気を濃厚に分
布させて効果的且つ確実に着火させ・ることができる。

＋２）　　従って低セタン価の燃料であってもミスファ
イ■を防止でさる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す平面図、第２図は
第１図の］Ｉ−ＩＩ線矢祝断面図、第３図は本発明の第
２の実施例を示す平面図、第４図は第３図のＩＶ　−Ｔ
Ｖ線矢視断面図、第５図は第３の実施例を示す平面図、
第６図はよどみの生成を説明する平面図、第７図は第６
図のＶｌ−Ｖｌ線矢視断面図、第８図は本発明の第４の
実施例を示す平面図、第９図は第８図の［Ｘ　−ｒＸ線
矢？Ｊｌ断面図、第１０図はよどみの燃焼室外方への流
出を説明する側断面図、第１１図は従来考えられた内燃
機関を示す側断面図、第１２図は関連技術を示す側断面
図、第１３図はその平面図である。 図中、１は燃焼交、１ａ、ｌｂはその壁面、１Ｃはその
底面、２は段部、２ａは段部壁、６゜１６はノズル、８
〜１１はその噴口、１２は点火手段、１４は主噴口、１
５はＤ［噴口、１８はリップ、Ｓはスワール、Ｔはよど
みである。 特許出願人　　　いすず自動巾株式会社代理人弁理士　
　絹　　谷　　信　　雄第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１３図 第１２図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室内に段部を形成し、該段部のスワール流れ
   方向後方に点火手段を配設したことを特徴とする内燃機
   関。
2. （２）上記段部が、上記燃焼室の壁面にその高さ方向に
   沿って該燃焼室の底面から隆起させて突出形成された前
   記特許請求の範囲第１項記載の内燃機関。
3. （３）上記燃焼室が、その壁面に区画されて平断面角形
   状の角形燃焼室で形成された前記特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の内燃機関。
4. （４）上記段部が、これよりスワール流れ方向後方の上
   記燃焼室の壁面に間隔を隔てて相対向する段部壁を有す
   る前記特許請求の範囲第１項〜第３項いずれかの項に記
   載の内燃機関。
5. （５）上記燃焼室が、その内部に燃料を噴射するノズル
   を有し、該ノズルの噴口が上記段部のスワール流れ方向
   後方に臨ませられた前記特許請求の範囲第１項〜第４項
   いずれかの項に記載の内燃機関。
6. （６）上記ノズルが、上記燃焼室の壁面の周方向に沿つ
   て互いに間隔を隔てた複数の噴口を有し、それら噴口の
   少なくとも１つの噴口が上記よどみに臨ませられた前記
   特許請求の範囲第５項記載の内燃機関。
7. （７）上記ノズルが、中・高負荷域で燃料を噴射する主
   噴口と、全負荷域で燃料を噴射する副噴口とを有し、該
   副噴口が上記段部のスワール流れ方向後方に臨ませられ
   た前記特許請求の範囲第５項記載の内燃機関。
8. （８）上記段部が、その後方に生成される上記よどみの
   上記燃焼室外方への流出を規制するリツプを有する前記
   特許請求の範囲第１項〜第７項いずれかの項に記載の内
   燃機関。
9. （９）上記リップが、上記段部に、スワールの流れ方向
   に沿つて廂様に張り出して形成された前記特許請求の範
   囲第８項記載の内燃機関。
10. （１０）上記リップが、上記段部壁に、スワールの流れ
    方向後方へ上記燃焼室の壁面に接近するように張り出し
    て形成された前記特許請求の範囲第９項記載の内燃機関
    。