JPH06341320A

JPH06341320A - 副室式エンジン

Info

Publication number: JPH06341320A
Application number: JP14985993A
Authority: JP
Inventors: Kohei Yamaishi; 興平山石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、燃料噴射ノズルからの燃料噴霧を
副燃焼室内のスワール方向に流し、副燃焼室内での予混
合気の生成を短縮して着火燃焼を短期に完結し、主燃焼
室への噴出エネルギーを大きくする副室式エンジンを提
供する。【構成】副燃焼室２の壁面１９にスワール方向に屈曲
するガイド曲面と傾斜面とを備えた突起９を形成する。
ガイド曲面に形成した弧状曲面で燃料噴霧は副燃焼室２
内のスワールに乗ると共に縦方向の旋回流動を形成し、
予混合気を短期間に生成する。従って、副燃焼室２内で
の燃焼が短期に終了し、主燃焼室１への噴出エネルギー
が大きくなり、ペネトレーションを強化し、吸気スワー
ルＩＳに乗って主燃焼室１での混合を促進して燃焼スピ
ードをアップし、スモーク、パティキュレート等の発生
を抑制し、熱効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主燃焼室、副燃焼室
及び該副燃焼室に噴孔を開口する燃料噴射ノズルを有す
る副室式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃焼改善を目的として
渦流室を持つ副室式エンジンが開発されている。このよ
うな副室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した渦流
室即ち副燃焼室、該副燃焼室とシリンダ側に形成した主
燃焼室とを連通する連絡孔及び副燃焼室内に燃料を噴霧
する燃料噴射ノズルを有し、連絡孔を通じて副燃焼室に
流入する渦流によって副燃焼室内に噴射された燃料とで
混合気を形成させている。或いは、副室式エンジンで
は、副燃焼室をピストンに形成し、該副燃焼室内にピス
トン上死点近傍で突入するように構成したものが開示さ
れている。

【０００３】従来、副室断熱エンジンの一例として、特
開平３−１４５５１５号公報に開示されたものがある。
該副室断熱エンジンは、シリンダヘッド下面部のシリン
ダ対向中央に配置した断熱構造の副室を構成するセラミ
ック製副室ブロック、前記副室に対して接線方向に前記
副室ブロックに形成し且つ前記副室を主燃焼室に分離箇
所で連通する複数個の連絡孔、及び前記副室の中央上部
に配置し且つホールノズルタイプの多噴孔を備えた燃料
噴射ノズルから構成したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の副室式エンジン
では、スワールチャンバタイプのもので、副室容積比を
５２〜５８％、連絡孔面積比を１．２〜１．６％程度
で、単噴孔ノズルで燃焼の最適化を図っている。副室式
燃焼室の燃料噴霧と空気との混合は、圧縮行程で圧縮さ
れた空気が絞りとなる連絡孔を通ることにより、空気の
流速が増し、これが混合気生成エネルギーとなり、燃料
噴霧との混合を促進していると考えられている。また、
膨張行程では副室での燃焼と連絡孔の絞り効果により、
燃焼ガスの副室から主室への噴出エネルギーとなり、主
室での燃焼を促進していると考えられている。このよう
な副室式エンジンでは、燃焼に重要な混合気生成エネル
ギー、及び噴出エネルギーが連絡孔の絞りにより形成さ
れているため、連絡孔の通路面積を大きくすることがで
きず、そのためポンプ損失が大きく、また、混合気生成
を激しい空気流動により得ているために、副室内の熱伝
導率が大きく、冷却水損失が大きくなっている。

【０００５】ところで、主室と副室を連通する連絡孔を
副室壁面の接線方向に角度を持たせて設けることによ
り、副室内の空気流動が活発化し、更に着火後、主室へ
の火炎の噴出エネルギーの減衰がなく、短時間に主室最
外周に火炎が到達するため、空気利用率が向上し、有害
ガスの少ないクリーンな燃焼が可能で出力も向上する。
副室をシリンダ軸中心に配置した２０００ｃｃ程度の副
室式エンジンを、実際に設計することによりバルブのス
ペースが制限される。従来の主燃焼室と副燃焼室とを連
通する連絡孔を多連絡孔に形成した場合に、各連絡孔の
傾斜角度は全て均一に設定されているため、ペントルー
フ型ピストンと組み合わせた場合に、それぞれの連絡孔
の出口の傾斜角度に対するピストン頂面の傾斜角度は一
定でなく、ピストン頂面における火炎、未燃混合気等の
ガスの拡がりも不均一になってしまうという問題を有し
ている。

【０００６】そこで、本出願人は、上記の課題を解決す
るため、副室式エンジンを開発して、先に特願平５−４
６１７５号として出願した。この副室式エンジンは、シ
リンダヘッドのシリンダ軸中心に配置した副燃焼室とシ
リンダ側に形成した主燃焼室とを周方向に複数設けた連
絡孔で連通し、副燃焼室から主燃焼室への噴流を吸気ス
ワールに乗せると共に、それぞれの噴流を縦方向の旋回
流に形成して主燃焼室での周辺方向への到達距離を長く
且つ噴出速度を増速し、主燃焼室での空気利用率を向上
させて混合を促進し、主燃焼室での燃焼スピードを短縮
して燃料を短期に完結し、スモーク、ＨＣ、ＮＯ_X等の
発生を抑制するものである。

【０００７】そこで、この発明の目的は、主燃焼室と副
燃焼室とを連通する連絡孔を副燃焼室壁面の接線方向に
向けて複数形成し、副燃焼室内にスワールを形成して空
気流動を活発化し、特に、前記副燃焼室の壁面に形成し
たガイド曲面を備えた突起を形成し、燃料噴射ノズルか
らの燃料噴霧に縦方向の旋回流動を発生させ、その燃料
噴霧をスワール流に乗せて徐々に混合させ、前記副燃焼
室内での着火燃焼を良好にし、副燃焼室から主燃焼室へ
の噴流を吸気スワールに乗せて主燃焼室での空気利用率
を向上させて混合を促進し、主燃焼室での燃焼スピード
を短縮して燃料を短期に完結し、スモーク、ＨＣ、ＮＯ
_X等の発生を抑制する副室式エンジンを提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、シリンダ側に形成された主燃焼室、シリンダヘ
ッドのシリンダ軸中心上に配置された副燃焼室、前記主
燃焼室と前記副燃焼室を連通する複数の連絡孔及び前記
副燃焼室内に燃料を噴霧する多噴孔を備えた燃料噴射ノ
ズルを有する副室式エンジンにおいて、前記連絡孔を前
記副燃焼室の側壁面の接線方向に向けて形成し、前記副
燃焼室の中央に前記燃料噴射ノズルを配置すると共に、
前記燃料噴射ノズルの各噴孔の延長線上に位置する前記
副燃焼室の壁面に前記副燃焼室内のスワールと同方向に
屈曲するガイド曲面を備えた突起を形成したことを特徴
とする副室式エンジンに関する。

【０００９】また、この副室式エンジンにおいて、前記
突起は前記副燃焼室内のスワールの流れ方向に傾斜して
立ち上がる傾斜面に形成され、前記突起の前記ガイド曲
面は副燃焼室軸方向に弧状曲面に形成されている。

【００１０】また、この副室式エンジンにおいて、前記
連絡孔は前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴流が前記
主燃焼室内に残留する吸気スワールと同方向になるよう
に傾斜しているものである。

【００１１】

【作用】この発明による副室式エンジンは、上記のよう
に構成され、次のように作用する。即ち、この副室式エ
ンジンは、主燃焼室と副燃焼室とを連通する連絡孔を前
記副燃焼室の側壁面の接線方向に向けて形成し、前記副
燃焼室の中央に燃料噴射ノズルを配置すると共に、前記
燃料噴射ノズルの各噴孔の延長線上に位置する前記副燃
焼室の壁面に前記副燃焼室内のスワールと同方向に屈曲
するガイド曲面を備えた突起を形成したので、前記副燃
焼室内に発生しているスワール流に前記燃料噴射ノズル
の各噴孔からの燃料噴霧が乗って徐々に混合され、前記
副燃焼室で良好な着火燃焼を確保することができる。

【００１２】更に、前記突起は前記副燃焼室内のスワー
ルの方向に傾斜して立ち上がる傾斜面に形成され、前記
突起の前記ガイド曲面は副燃焼室軸方向に弧状曲面に形
成されているので、前記弧状曲面は前記副燃焼室内で前
記燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴霧がスワールに
垂直な縦方向の旋回流動をそれぞれ形成し、前記副燃焼
室内のスワール流と混合を均一に促進することができ、
ＮＯ_Xの発生を低減できる。

【００１３】また、前記連絡孔は前記副燃焼室から前記
主燃焼室への噴流が前記主燃焼室内に残留する吸気スワ
ールと同方向になるように傾斜しているので、前記副燃
焼室から前記連絡孔を通って前記主燃焼室へ噴出する火
炎と混合気は前記主燃焼室内で吸気スワールに乗って均
一に拡散し、前記主燃焼室内の新気と均一に混合され、
燃焼スピードを短縮して燃焼を完結し、熱効率を向上さ
せることができ、しかも燃焼の均一化によってスモー
ク、パティキュレート等の発生を抑制することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明による
副室式エンジンの一実施例を示す断面図、図２は図１の
副室式エンジンの連絡孔を示す説明図、図３は図１の副
室式エンジンの副燃焼室の壁面を示す平面図、及び図４
は図１の副室式エンジンの副燃焼室の壁面を示す斜視図
である。

【００１５】この副室式エンジンは、シリンダブロック
６にガスケットを介在して固定されたシリンダヘッド５
を有し、シリンダブロック６にはエンジンの気筒数に対
応する孔部が形成され、孔部にはシリンダ３を形成する
シリンダライナ１３が嵌合されている。シリンダヘッド
５は、吸排気弁１８を配置した吸排気ポート１７が形成
されている。シリンダヘッド５に形成されたキャビティ
１１には、主燃焼室１を構成するヘッドライナ２０が位
置決めをする遮熱リング２４及び遮熱ガスケット２７を
介在して配置され、ヘッドライナ外周面とキャビティ壁
面との間に遮熱空気層２５が形成されている。また、ヘ
ッドライナ２０は、ペントルーフタイプに形成されたヘ
ッド下面部２１とライナ上部２２とを一体構造に構成し
たものであり、主燃焼室１を形成する。ヘッド下面部２
１には、シリンダヘッド５に形成したポート１７と連通
するポート２９が形成されている。ライナ上部２２の下
面は、シリンダライナ１３の上面に対向して配置され、
シリンダ３を形成している。シリンダライナ１３及びヘ
ッドライナ２０で形成されるシリンダ３には、ピストン
８が往復運動するように組み込まれている。

【００１６】また、副燃焼室２は、シリンダ中心軸上に
配置されており、シリンダヘッド５に形成された小径の
キャビティ２６に遮熱ガスケット２３を介在して配置さ
れた副室部材１５で構成されている。燃料噴射ノズル１
０は、副燃焼室２内に燃料噴射するように、シリンダヘ
ッド５に配置された副室部材１５の上部を貫通し、多噴
孔７を副燃焼室２内の中央に開口している。

【００１７】この副室式エンジンにおいて、主燃焼室１
と副燃焼室２とを連通する連絡孔４が副室部材１５の下
面部２８に周方向に均等に隔置して複数個（図２では６
個）傾斜状態に形成され、連絡孔４を副燃焼室２の側壁
面１２の接線方向に向けて形成されている。しかも、連
絡孔４は、副燃焼室２の中心軸からオフセットして接線
方向に形成され、副燃焼室２から主燃焼室１への噴流が
主燃焼室１内に残留する吸気スワールＩＳと同方向にな
る方向に傾斜状態に副室部材１５の下面部２８及びヘッ
ドライナ２０のヘッド下面部２１に形成されている。従
って、連絡孔４は、主燃焼室１から副燃焼室２へ流入す
る吸入空気が副燃焼室２内で形成するスワールＳの方向
は吸気スワールＩＳと逆方向に形成される。なお、この
副室式エンジンでは、図１では、シリンダヘッド５にキ
ャビティ１１を形成し、該キャビティ１１にヘッドライ
ナ２０を配置した実施例が示されているが、その構造に
限定されるものでなく、ヘッドライナを配置することな
く、シリンダヘッド５にキャビティ２６を形成して副室
部材１５を配置した構造に構成することもできるもので
ある。

【００１８】この副室式エンジンは、特に、燃料噴射ノ
ズル１０は副燃焼室２の中央に配置され、しかも、燃料
噴射ノズル１０の各噴孔７の延長線上に位置する副燃焼
室２の上壁面１９には、副燃焼室２内のスワールＳと同
方向に屈曲するガイド曲面１６を備えた突起９が形成さ
れている。突起９は、副燃焼室２内のスワールＳの方向
に傾斜して立ち上がる傾斜面１４に形成され、突起９の
ガイド曲面１６は副燃焼室軸方向に弧状曲面に形成され
ている。ガイド曲面１６の弧状曲面は、主燃焼室１から
連絡孔４を通って副燃焼室２へ流入する際に形成される
スワールＳに垂直な方向即ち縦方向の旋回流をそれぞれ
形成するように上方に湾曲した曲面に形成されている。
しかも、燃料噴射ノズル１０の多噴孔７から噴射された
燃料噴霧は、副燃焼室２の上壁面１９に形成された突起
９に衝突し、突起９の湾曲したガイド曲面１６に沿って
流され、しかもガイド曲面１６の弧状曲面の作用によっ
て縦方向の螺旋状の旋回流動を形成する。

【００１９】また、この副室式エンジンでは、副燃焼室
２の上壁面１９に副燃焼室２内のスワールＳと同方向に
屈曲するガイド曲面１６を備えた突起９が形成している
が、燃料噴射ノズル１０の多噴孔７から噴射される燃料
噴霧をガイド曲面１６の効果を有効に活かすためには、
副燃焼室２の直径Ｄと高さＨとの比Ｄ／Ｈを適正に選定
することが好ましい。この副室式エンジンでは、シリン
ダ軸方向に垂直な方向の径Ｄとシリンダ軸方向の高さＨ
との比Ｄ／Ｈが１．６〜２．２に設定されることが好ま
しい。副燃焼室２のシリンダ軸方向に垂直な方向の径Ｄ
とシリンダ軸方向の高さＨとの比Ｄ／Ｈを上記設定値に
すると、燃料と空気との混合をスワールと燃料噴射の運
動エネルギーとをガイド曲面１６で一層活かして促進で
き、吸入効率を低下させないで副燃焼室２から主燃焼室
１への噴霧のペネトレーションを確保できる。

【００２０】即ち、この副室式エンジンは、副燃焼室に
おける混合気を生成するのに、副燃焼室２に形成された
スワールＳに対し、副燃焼室中央に配置された燃料噴射
ノズル１０の多噴孔７から燃料を噴射する。燃料噴霧の
運動エネルギーを混合に利用する場合には、噴霧のペネ
トレーションを有効に利用するだけの副燃焼室２の壁面
と多噴孔７との間の適正な距離が必要になる。噴霧のペ
ネトレーションを確保できるだけの副燃焼室２の直径Ｄ
が大きくなることが必要である。これに対して、副燃焼
室２内に形成されるスワール比について考慮すると、副
燃焼室２の直径Ｄが小径であり、同一のスワール比とす
ると、副燃焼室２内の空気の運動エネルギーは、小さく
なり、空気と燃料の混合エネルギーとしては小さくなり
過ぎることになる。これに対して、副燃焼室２の直径Ｄ
を大きくすると、吸排気弁１８及び吸排気ポート１７，
２９のサイズが小さくなり、吸入効率及び排気効率が低
下する。上記の２つの現象を考慮して、副燃焼室２の直
径Ｄと高さＨとの比Ｄ／Ｈを適正に選定すると、Ｄ／Ｈ
は約１．６〜２．２の範囲に選定することが有効であ
る。

【００２１】この副室式エンジンにおいて、連絡孔４を
上記のような傾斜角度で形成することによって、副燃焼
室２から連絡孔４を通じて主燃焼室１に噴出される火
炎、未燃混合気等のガスは、連絡孔４から噴き出され、
主燃焼室１で大きなペネトレーションをもって均一の拡
散されることになり、空気利用率を向上して主燃焼室１
内の新気と均一に混合され、燃焼スピードを短縮して燃
焼を完結し、熱効率を向上させることができ、しかも燃
焼の均一化によってスモーク、パティキュレート等の発
生を抑制することができる。

【００２２】この副室式エンジンは、上記のように構成
されているので、圧縮行程中に主燃焼室１から連絡孔４
を通じて副燃焼室２内へ流入する吸入空気は、副燃焼室
中心軸からオフセットした連絡孔４の傾斜方向の効果に
より主燃焼室１の吸気スワールとは逆方向のスワール流
を副燃焼室２に形成する。圧縮行程終端近傍で燃料噴射
ノズル１０の多噴孔７から燃料が副燃焼室２に噴射さ
れ、燃料噴霧は突起９のガイド曲面１６にガイドされて
縦方向の旋回流動になり、スワール流Ｓに乗って突起９
の傾斜面１４に沿って流れ、徐々に空気と燃料との混合
が均一に生成されて着火燃料し、副燃焼室２で初期燃焼
即ち一次燃焼を高当量比即ち燃料リッチで行わせ、ＮＯ
_Xの発生を低減することができる。

【００２３】次いで、副燃焼室２内で燃焼したガスが副
燃焼室２内で圧力上昇する結果、爆発行程即ち膨張行程
に移行し、副燃焼室２から主燃焼室１へと噴出する火
炎、未燃混合気等のガスは、連絡孔４の効果によって主
燃焼室１に残存している吸気スワールＩＳ即ち新気に乗
るように高い流出速度で噴出し、新気との混合を促進し
て、主燃焼室１の周辺付近へと短期に到達させることが
でき、主燃焼室１内での火炎と未燃混合気との拡がりは
周方向で均一化され、良好な混合が達成され、燃焼スピ
ードを短縮して燃焼を完結することになる。また、この
副室式エンジンでは、個々の連絡孔４の通路面積を小さ
く形成することができ、個々の連絡孔４の通路面積を小
さく絞れば絞るほど、主燃焼室１での混合は促進される
ことになる。即ち、副燃焼室２から主燃焼室１への噴出
エネルギーは連絡孔４の通路面積を小さく形成して絞り
込むことによって、主燃焼室１の周辺まで短期に噴出さ
せ、噴流のペネトレーションが良好になり、主燃焼室１
の新気と噴流との混合が促進して二次燃焼即ち再燃焼を
短期に完結し、熱効率を向上させると共にＨＣ、スモー
ク、ＮＯ_X等の発生を低減する。

【００２４】

【発明の効果】この発明による副室式エンジンは、上記
のように構成されており、次のような効果を有する。こ
の副室式エンジンは、連絡孔を副燃焼室の側壁面の接線
方向に向けて形成し、前記副燃焼室の中央に燃料噴射ノ
ズルを配置すると共に、前記燃料噴射ノズルの各噴孔の
延長線上に位置する前記副燃焼室の壁面に前記副燃焼室
内のスワールと同方向に屈曲するガイド曲面を備えた突
起を形成したので、前記連絡孔の傾斜角度によって、前
記副燃焼室内にスワールを発生させ、着火燃焼を良好に
する。特に、前記副燃焼室の壁面にスワール方向に屈曲
する前記突起によって前記燃料噴射ノズルの前記多噴孔
から噴射される燃料噴霧はスワール方向の流れにするこ
とができ、噴霧が分散する効果とスワールと同方向の運
動エネルギーを与えられるため、前記副燃焼室内で予混
合気を生成することができ、前記副燃焼室内で着火燃焼
が良好に短期に行われる。前記副燃焼室内での燃焼が短
期に終了すると、前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴
出エネルギーが大きくなり、前記主燃焼室での燃焼が均
一になり、結果として、燃焼期間が短縮され、スモー
ク、パティキュレート党の発生を抑制することができ
る。

【００２５】また、前記副燃焼室がシリンダの中央に位
置し、前記主燃焼室における前記連絡孔からの噴流の到
達距離が短く、燃焼時間が短くなって性能が向上する。
また、前記副燃焼室からの噴流の到達距離が短くて済む
ため、前記連絡孔の通路面積を大きく形成でき、しぼり
損失を低減でき効率を向上できる。また、前記主燃焼室
と前記副燃焼室との通路面積を前記副燃焼室の外周囲に
形成した多数の前記連絡孔の合計で全体として大きく形
成でき、しぼり損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副室式エンジンの一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１の副室式エンジンの連絡孔を示す説明図で
ある。

【図３】図１の副室式エンジンの副燃焼室の壁面を示す
平面図である。

【図４】図１の副室式エンジンの副燃焼室の壁面を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室３シリンダ４連絡孔５シリンダヘッド７多噴孔９突起１０燃料噴射ノズル１１キャビティ１４傾斜面１５副室部材１６ガイド曲面（弧状曲面）１９壁面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側に形成された主燃焼室、シリ
ンダヘッドのシリンダ軸中心上に配置された副燃焼室、
前記主燃焼室と前記副燃焼室を連通する複数の連絡孔及
び前記副燃焼室内に燃料を噴霧する多噴孔を備えた燃料
噴射ノズルを有する副室式エンジンにおいて、前記連絡
孔を前記副燃焼室の側壁面の接線方向に向けて形成し、
前記副燃焼室の中央に前記燃料噴射ノズルを配置すると
共に、前記燃料噴射ノズルの各噴孔の延長線上に位置す
る前記副燃焼室の壁面に前記副燃焼室内のスワールと同
方向に屈曲するガイド曲面を備えた突起を形成したこと
を特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】前記突起は前記副燃焼室内のスワールの
流れ方向に傾斜して立ち上がる傾斜面に形成され、前記
突起の前記ガイド曲面は副燃焼室軸方向に弧状曲面に形
成されていることを特徴とする請求項１に記載の副室式
エンジン。
【請求項３】前記連絡孔は前記副燃焼室から前記主燃
焼室への噴流が前記主燃焼室内に残留する吸気スワール
と同方向になるように傾斜していることを特徴とする請
求項１に記載の副室式エンジン。