JPS63306225A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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
価の穫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）ホ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１．〜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
絞って吸入空気間を減少させることが考えられ、このよ
うにすれば燃料４火性を向上できるが、絞りによる機関
のボンピング（−１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７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、その下方の燃焼室底部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８図及び第９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ｒ内に噴射燃料ｉを集合ぎぜる果合空間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内に淵厚な混合気ρを分布させてこ
の混合気ρに点火手段にで着火させるようにした「内燃
機関」〈特願昭６４−５２５４６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Ｄっで点火手段にの近傍に混合気ρを濃厚に分布させ
て確実に着火燃焼させることがＴ：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ｒ内に流れ込むスワールｎ、特に段部１）
によって狭められた集合空１１■Ｊに直接流れ込むスツ
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
イ【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機関を低セタン価
燃料用の火花点火式内燃Ｉａ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、燃焼室内壁に、噴射燃料を集合させる集合空
間を形成するための段部を形成し、集合空間内に点火手
段を設けると共に、段部にそのスワール流れ方向後方の
空間から集合空間に連通させて空気通孔を形成して構成
される。

［作用１ 次に本発明の作用について述べる。

第１図〜第３図に示すように、燃焼室１内に段部２を形
成すると、燃焼室１内に流れ込み段部２に区画された集
合空間りを経過したスワールＳは、段部２のスワールＳ
流れ方向後方で、そのまま旋回を続ける主流Ｓ１と、こ
のスワールＳの主流Ｓｌに対し置き去りにされて段部２
の背後、即ち段部２のスワールＳ流れ方向後方の空間り
に回り込む渦様の流れ（以下、「２次流れ」という。）
Ｓ２とに分解される。そしてこの２次流れＳｚの空気流
Ｐを段部２に形成した空気通孔３を介して空間りから集
合空間りへ導入させることにより、集合空間りを流れる
スワールＳを減速させるようになっている。そしてこの
スワールＳの減速により集合空間り内の流れを緩やかな
ものにした上で、集合空間り内の点火手段１５により燃
料に着火させるようになっている。

［実施例コ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

第４図及び第５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１３を方形状に陥没させて、その周側部
を形成する内壁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。他方、シリンダヘッド１２
Ｃ−は、燃焼室側へ連通させて取付孔４が形成され、こ
の取付孔４内には、燃焼室１内に臨ませて燃料噴射ノズ
ル２１が設けられる。

本実施例にあっては、球状頭部に、同一口径の複数の噴
口１７〜２０が燃焼室内壁１ａ、１ｂの周方向に沿って
互いに間隔を隔てて放射状に形成された燃料噴射ノズル
２１が採用される。このノズル２１は、低負伺時から高
Ｑ何時に亙って、これら１べての噴口１７〜２０から燃
料Ｆ１．Ｆ２を噴射するようになっている。また殊に噴
射ノズル２１は、複数設置）られた噴口１１〜２０のう
ち少なくとも１つの噴口１７を、後述する段部２が形成
される燃焼室１の角部１ｄよりもスワールＳの流れ方向
上流側の燃焼室内壁１ｂに近接して相対向させて臨ませ
るように、燃焼室１のセンタＣに対して偏心させて設け
られる。そして、この噴口１７は内壁１ｂに向けて噴霧
Ｆ１を噴射し、微粒化、蒸気化された燃料がスワールＳ
によって燃焼室１内に流されるようになっている。

他方他の噴口１８〜２０は、燃焼室内壁１ａ、１ｂの上
記１つの噴口１７からの噴霧噴射位置Ａを基準として、
内壁１ａ、１ｂの周長を略画等分する位置Ｂが噴霧Ｆ２
の噴射位置となるように放射状に配列される。

このように構成された燃焼室１には、その内壁１ｂから
突出させて、殊に近接された噴口１７からの噴射燃料Ｆ
ｌを集合させる集合空間りを形成する段部２が形成され
る。

具体的には段部２は、近接された噴口１７からの噴霧Ｆ
１の噴射方向のスワールＳ流れ方向後方となる燃焼室１
の角部１ｄの内壁１ｂに、その高さ方向に沿って燃焼室
底面１Ｃから段違いに隆起させて突出形成される。そし
て、この段部２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、この空間を、スワールＳ
によって流されてくる噴霧Ｆ１の混合気Ｍを集合させる
集合空間りとして構成するようになっている。

更にこの集合空間り内には、集合される混合気Ｍに着火
させるための一般的構成で成るスパークプラグ等の点火
手段１５が設けられる。この点火手段１５はシリンダヘ
ッド１２に形成された取付孔１６内に取り付けられ支持
される。

このように構成された段部２は第１図〜第３図に示すよ
うに、その上方を流れて後方に流出していくスワールＳ
から、そのまま燃焼室１内で旋回を続ける主流Ｓ１に対
し、置き去りにされて段部２の背後、即も段部２のスワ
ールＳ流れ方向後方の空間りに回り込む渦様の２次流れ
Ｓ２を生じさせる。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Ｗが拡張されてピストンヘッド１３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
められた集合空間りを形成し、スワールＳに絞りｔＩＪ
果を与えてその流速を高めるが、その侵段部２を経過し
たスワールＳが過度に減Ｑされるとスワールの主流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。

そこて゛段部２の表面積Ｗ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聞を多く確保して必要な
２次流れＳ２を生成させつつ充分なスワール流（主流Ｓ
ｒ　）を継続して燃焼室１内に旋回さぼるようになって
いる。

なお、充分な主流Ｓ１が１！１られる場合には、段部２
はその表面積Ｗを狭めるように比較的中挟に形成しても
良い。

また第１図〜第３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の内壁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２次流れＳ２は、段部２を経過したス１ノール
Ｓの一部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ふうが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Ｓ１
の一部が内壁１ａに衝突することで生成される。主流Ｓ
１が内壁１ａに１１ｉ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が存在しないため内壁１ａから段部壁２ａへと戻
るような緩やかな２次流れを生じ（図中、Ｓコで示す）
、上述した置き去りにされた２次流れＳ２と共に空間り
に流れることになる。即ら、段部２に、これよりスワー
ルＳ流れ方向後方の燃焼室１の内壁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りに、段部２によって生じる
２次流れ８２と、それのみならず燃焼全内壁１ａにスワ
ール（主流）Ｓ＋が衝突して生じる２次流れＳ３をも加
えさせてその相乗効果により、−Ｎ明確で効果的な２次
流れを生み出すことができることになる。そして、この
ような燃焼室内壁１ａとの位置関係、並びに上述した段
部２上面の表面積Ｗの確保の観点から、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。

そして以上のように構成された段部２には、２次流れＳ
２　、Ｓｑが生成されるスワールＳ流れ方向１り方の空
間りから集合空間りに連通させて２次流れＳ２　、Ｓコ
の空気流Ｐを集合空間りに導入するための空気通孔３が
貫通形成される。そしてこの空気通孔３から集合空間り
に導かれた空気流Ｐは白太手段１５の回りに流れるスワ
ールＳを弱めるようになっている。

次に実施例の作用について述べる。

本実施例に採用される燃料噴射ノズル２１は、低負？、
１時から高負荷時に亙って全ての噴口１７〜２０から燃
料Ｆｌ　、Ｆｚを噴射する型式のものであり、従来の燃
焼室構造では燃料が燃焼室全域に均一に拡散してしまい
、殊に燃料噴射量が少ない低負荷時には混合気Ｍが稀薄
となって点火手段１５の近傍に着火可能な混合気Ｍを確
保することが困難である。

ここに、噴口１７から噴射され微粒化、蒸気化した噴射
燃料Ｆ１は混合気化してスワールＳによって燃焼室１内
に流され、下流側の集合空間り内に集合される。この集
合空間りは、段部２によって区画されて燃焼室１内で殊
に狭められた空間となっており、集合された混合気Ｍは
濃厚に分布される。

他方、ピストンヘッド１３の上方から燃焼室１の周方向
に沿って燃焼室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の内壁１ａとの衝突により、これら壁面１ａ、２
ａ間の空間りに買き去りにされ（図中、Ｓ２で示す）、
または内壁１ａから段部壁２ａに戻るような流れ（図中
、Ｓコで示す）を生じて、段部２のスワールＳ流れ方向
後方の空間しに２次流れ８２　、Ｓコを生成し、この２
次流れの空気流Ｐは空気通孔３を介して集合空間りへと
導入される。そしてこの空気流Ｐは、集合空間りで絞ら
れ高速化するスワールＳを弱めることになる。そして濃
厚な混合気Ｍの分布の下、点火手段１５回りのスワール
Ｓを２次流れＳｚ。

Ｓコによって減衰ざぜたことにより、点火手段１５は燃
料Ｆ＋の噴）１終了時に火花放電され、混合気Ｍに確実
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１５の近傍に
濃密に混合気Ｍを確保した上で導入した２次流れＳｚ　
、Ｓ３で点火手段１５廻りのスワールＳを抑制して確実
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、絞りによるポ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１７〜２０から多量の噴霧Ｆｓ。

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全体として濃厚な混合気分布を確保でき、十分な着火
性の下、高出力を得ることができる。

尚、図示しないが上述した複数の噴口１７〜２０を有す
る燃料噴射ノズル２１に代えて、複数の主噴射−用の主
唱口が放射状に配列されると共に、副噴射用の副噴口を
備えたピント−ノズルに類似する型式の燃料噴射ノズル
を採用しても良い。

この噴射ノズルは、針弁のリフトが所定リフト以下の低
負荷域において、副噴口から酢１噴霧を噴射し、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
口に加えて副噴口よりも主導的に主噴口から主噴霧を噴
射するようになっている。また殊に噴射ノズルは、その
ｎ１噴口を、上記噴口１７に対応させて段部が形成され
る燃焼室の角部よりもスワールの流れ方向上流側の燃焼
室内壁に近接して相対向させて臨ませるように、燃焼室
のセンタに対して偏心させて設けられる（第４図参照）
。そして、副噴口は内壁に向【ノで副噴霧を噴射し、微
粒化、蒸気化された燃料がスワールによって集合空間へ
流されるようになっている。

他方主噴口は、上記他の噴口１８〜２０に対応させて燃
焼室内壁のｎｊ噴霧噴射位置を基準として、内壁の周長
を略画等分する位置が主Ｉ！Ｊ！ｌ霧の噴射位置となる
ように放射状に配列され、燃焼室内壁に向けて主噴霧を
噴射するようになっている。

他に構成は上記実施例と同様であり、同様な効果を奏す
る。

また尚、上記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６図に示すように、ピストンヘッド
１３に、丸形状に陥没させて形成した荒型の燃焼室１に
段部２を形成し、この段部２に同様の空気通孔３を形成
しても、上記実施例と同様な効果を得ることができる。

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Ｓ１は丸形燃焼室１の周方向にそのまま流れて行く
ので、上記実施例のようにスワールＳ１の衝突による２
次流れＳ（の生成がほとんど得られないが、置き去りに
される流れＳｚで必要な空気流Ｐを確保できる場合に採
用して好ましいものである。

［発明の効果］ 以上要す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）　　燃焼室内壁に、噴射燃料を集合させる集合空
間を形成するための段部を形成し、この集合空間に点火
手段を設けると共に、段部にそのスワール流れ方向後方
の空間から集合空間に連通する空気通孔を形成したこと
により、段部後１ノに生成される２次流れを空気通孔を
介して集合空間内に導入して集合空間を流れるスワール
を弱めて点火手段の火花の吹き消えを防止でき、集合空
間内におけるａ厚な混合気分布の下で効果的且つ確実に
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
ァイヤを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す透視斜視図、第２
図はその平面図、第３図は第２図の■−■線矢視断面図
、第４図は燃料噴射ノズル等を組み込んだ状態を示す平
面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ＄！矢視断面図、第６図
は本発明を丸形燃焼室に適用した例を示す平面図、第７
図は従来考えられた内燃機関を示す側額面図、第８図は
関連技術を示す側断面図、第９図はその平面図である。 図中、１は燃焼室、１ａ、ｌｂはその内壁、１Ｃはその
底面、２は段部、２ａはその段部壁、３は空気通孔、１
５は点火手段、２１は燃料噴射ノズル、１７〜２０はぞ
の噴口、Ｄは集合空間、しは空間、Ｓはスワールである
。 特許出願人　　いすず自動中株式会社 代理人弁理士　組　　谷　　信　　雄 第２図 ゝＩＣ 第３図 第４図 第５図 第７図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室内壁に、噴射燃料を集合させる集合空間を
   形成するための段部を形成し、上記集合空間内に点火手
   段を設けると共に、上記段部にそのスワール流れ方向後
   方の空間から上記集合空間に連通させて空気通孔を形成
   したことを特徴とする内燃機関。
2. （２）上記段部が、上記燃焼室の内壁にその高さ方向に
   沿つ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、その内壁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
   または第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
   記燃焼室内壁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）上記段部が、上記燃焼室内壁に向けて燃料を噴射
   する燃料噴射ノズルの噴口からの燃料噴射方向のスワー
   ル流れ方向後方の該燃焼室内壁に、その高さ方向に沿っ
   て燃焼室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〜第４項いずれかの項に記載の内燃機関
   。
6. （６）上記噴口が、上記燃料噴射ノズルに、上記燃焼室
   内壁の周方向に沿って互いに間隔を隔てて複数設けられ
   た前記特許請求の範囲第５項記載の内燃機関。
7. （７）上記段部が、上記複数設けられた噴口のうち少な
   くとも１つの噴口からの燃料噴射方向のスワール流れ方
   向後方の上記燃焼室内壁に、その高さ方向に沿つて燃焼
   室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６項記載の内燃機関。
8. （８）上記噴口が、中・高負荷域で上記燃焼室内壁に向
   けて燃料を噴射する主噴口と、全負荷域で上記燃焼室内
   壁に向けて燃料を噴射する副噴口とから構成された前記
   特許請求の範囲第５項記載の内燃機関。
9. （９）上記段部が、上記副噴口からの燃料噴射方向のス
   ワール流れ方向後方の上記燃焼室内壁に、その高さ方向
   に沿って燃焼室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８項記載の内燃機関。