JPS6332117A - 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〕 本発明はディーゼルエンジン等の内燃機関に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来から、内燃機関の一種であるディーゼルエンジンに
おいては燃焼方式として単一の主燃焼室中に燃料を直接
噴射して燃焼させる直接噴射方式と、主燃焼室の他に副
燃焼室を設け、該副燃焼室の内壁に開口した噴射ポート
を有し、該噴射ポートに続くシリンダヘッドに穿設され
た燃料噴射ノズルより燃料が該噴射ポートを経て前記副
燃焼室内に噴射されて仮燃焼させるようにした副燃焼室
方式がある。とりわけ最近におけるディーゼルエンジン
は小型化・高速化傾向に伴い、より短時間に燃焼を完了
させる必要性から、高速燃焼が可能であり、騒音が少な
い副燃焼室方式のものが広く用いられている。

かかるディーゼルエンジンにおける副燃焼室は、通常主
燃焼室の上方位置において冷却水路を備えたシリンダヘ
ッド内に、主燃焼室に連通ずる噴孔と呼ばれる貫通孔が
設けられた副燃焼室の下半部を構成する金属製のホット
プラグが装着されている。

このように装着されるホットプラグはディーゼルエンジ
ンの小型化、高速化に伴い、ターボチャージャーが装備
されるようになり、耐熱性および断熱性の点からニッケ
ル、コバルト等から成る高級な耐熱合金で構成されてい
るが、耐久性に乏しいという課題があった。

また、副燃焼室が金属製であることから熱伝導性がよく
、そのためホットプラグの熱は冷却水で冷却さたシリン
ダヘットに伝導し、そのためホットプラグ自体の温度上
界が図られず副燃焼室内の燃焼ガスが壁面で冷却されて
しまい、エンジンの始動初期における暖機特性が極めて
悪いため失火を生じ易く、その結果＋１ｃ等の未燃ガス
を発生するとともに、主燃焼室内での燃焼が不適切なこ
とによるスモークの発生という不具合があり、また、ニ
ッケル、コバルト等の合金で作られた副燃焼室では極め
て高価であるという難点もあった。

そこで、前述の様な高性能化による熱負荷増大に伴い、
最も高温となる副燃焼室を耐熱性が大きく断熱性に優れ
た安価な窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、ジルコニア
、リシア等のセラミンク材でもって構成することにより
、セラミック材のもつ断熱性・保温性から冷却…失の減
少がはかられ副燃焼室内での噴射燃料の霧化を促進する
とともに混合気の着火遅れを低減することおよびその燃
焼を改良し、排気ガス中の微粒子排出量を低減すること
を目的としたものが提案されている。

また、前記始動性および低回転時の燃焼の安定性を改良
するため、副燃焼室内の一部または全体に発熱体を配置
し、燃焼を制御することや、更に前記燃焼状態を改良す
るため副燃焼室の内面に三元触媒を担持させて、有害物
質であるＩＣ，ＣＯおよびＮＯｘ等の発生量を低減する
ことも提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、副燃焼室をセラミ、り材にて構成したも
のでは、セラミック材の断熱効果を得んとする改良とと
もに、燃焼を改善せんとして多くの噴孔断面形状の改良
が試みられてきたが、単一の噴孔断面形状ではディーゼ
ルエンジンの複雑な燃焼状況におけるすべての燃焼領域
にわたって燃焼を改良することは困難であり、初期の目
的を達成し得なつかった。

また始動性の改善および低回転時の燃焼安定性を改良す
るため、副燃焼室に発熱体としてグロープラグ等を設け
た場合、その効果をより良く発汗するためには、噴射燃
料がグロープラグ等に直接当たるのが望ましく、そのた
めにグロープラグ等を副燃焼室内に突出させたり、副燃
焼室内壁の一部を座ぐり、グロープラグ等の一部または
全部が座ぐり部に位置するように配設する必要があり、
エンジンの始動時および低回転時以外の時には渦流の自
然な流れや火炎の伝播が阻害され、燃焼状態が悪化して
スモークを発生し易く、ひいては出力低下の大きな要因
にもなるという不具合があった。また燃焼を制御するた
めに副燃焼室の内部の一部または全体に発熱体を配置す
ることは技術的に極めて困難であった。

更に、副燃焼室内の内面に三元触媒を担持させたもので
は、触媒の耐久性が乏しいという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記に鑑みて副燃焼室に流入する空気量と渦流
の強さの最適化を図ることにより高出力、低公害の内燃
機関をもたらすべく、セラミック材でもって噴孔部材を
形成し、セラミック材、耐熱合金材などでもって副燃焼
室部材を構成するとともに該副燃焼室部材を回転自在に
配設し、噴孔の開口断面積を可変し、機関特性を制御す
るようにしたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明実施例を図により具体的に詳述する。

第１図に示した内燃殿関において、ピストン１には主燃
焼室２を形成するとともに、シリンダヘッド３には冷却
水路４と前記セラミック材よりなる噴孔部材５およびセ
ラミック材または耐熱合金材よりなる副燃焼室部材６が
装着され、副燃焼室部材６にはグロープラグ８および噴
射ポート９を介して燃料噴射ノズル１０が装備されてい
る。この噴孔部材５および副燃焼室部材６はセラミック
材として窒化珪素質、サイアロン等が用いられ、副燃焼
室部材６をシリンダへノド３に対し回動自在に支承され
るとともに、副燃焼室部材６には軸芯方向に副燃焼室回
転軸１１が固定されている。

一方、副燃焼室部材６に固定された副燃焼室回転軸１１
を外部から回転させることにより、副燃焼室部材６に形
成された開口１２を噴孔部材５に形成された連通孔１３
により適宜遮蔽することにより開口１２の断面積が可変
に制御される。

また、断熱効果を損なわぬ様にシリンダヘッド３に対し
て回動自在に支承された副燃焼室部材６は、噴孔部材５
とともにシールリング１４を介して噴孔部材５の外径よ
り若干大きく設定されたシリンダへソド３の凹部に装着
され、かかるシリンダヘッド３はへソドガスケソト１５
を介してシリンダブロック１６に装着して機関が組立て
られている。

前記の如く、装着された副燃焼部材６に流入する空気量
と渦流室７内の高圧空気の渦流の強さを制御し、更に主
燃焼室２内に流出する燃焼ガスを制御するために、エン
ジンの負荷と回転数に呼応して副燃焼室回転軸１１を外
部から回転させ、開口１２を噴孔部材５に形成された連
通孔１３により適宜遮蔽することにより開口１２の断面
積を可変に制？ＩＩＩ　Ｌ、、例えば低回転無負荷状態
では第２図に示す様に、開口１２の断面積を最小とする
ことにより、低回転時の燃焼の安定性と良好な始動性が
実現される。

また、エンジンの部分負荷状態においては第３図に示す
様に開口１２の断面積が小さくなるように作用し、エン
ジンの全負荷状態においては第４図に示す様に流入する
空気量を大量に入れる必要から開口１２の断面積を最大
とすることにより最適な燃焼状態とする機関をその状況
に応じて制御することができる。

〔発明の効果〕

叙上のように本発明に係る内燃機関によれば、機関の負
荷と回転数に呼応して・開口の断面積を可変し、機関を
制御できることから副燃焼室内に発熱体としてグロープ
ラグ等を設けた場合でも渦流を減衰させることはなく高
温高圧空気と噴射燃料を混合させて適正な予混合気を生
成することができ、空気利用率が大幅に向上し、最適な
燃焼が行われるためスモークの生成が確実に抑制され、
ひいては排気ガス中の微粒子排出量が大幅に低減され燃
焼効率の向上と出力ロスの低減が現実され、かつまた着
火遅れ時間も短縮され騒音の低下と熱負荷の低減とが確
実に行われ、ひいては最高燃焼温度の低下にともない有
害物質であるＮＯｘの発生量を減少させることができ、
安価かつ量産に適した副燃焼室を備えた高性能・低公害
の内燃機関を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例に係る内燃機関の構造を示す要部
断面図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ本発明実施
例に係る内燃機関における副燃焼室部材の有する開口状
態を説明するための要部底面図である。 １・・・ピストン ２・・・主燃焼室 ３・・・シリンダヘッド ４・・・冷却水路 ５・・・噴孔部材 ６・・・副燃焼室部材 ７・・・渦流室 ８・・・グロープラグ ９・・・噴射ポート １０・・燃料噴射ノズル １１・・副燃焼室回転軸 １２・・・開口 １３・・・連通孔 １４・・・シールリング １５・・・ヘッドガスケット １６・・・シリンダーブロック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の主燃焼室への連通孔を有する噴孔部材をセラミッ
   ク材でもって形成し、上記噴孔部材の上方に副燃焼室部
   材を回動自在に配設し、該副燃焼室部材の回動により上
   記連通孔の開口断面積を可変し機関特性を制御するよう
   にしたことを特徴とする内燃機関。