JPS6045716A

JPS6045716A - 内燃機関

Info

Publication number: JPS6045716A
Application number: JP59154299A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nakagawa; 泰彦中川; Hisamoto Aihara; 相原　久元; Suzuo Suzuki; 鈴木　鈴雄
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1985-03-12

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】この発明は主燃焼室と副燃焼室を備えた内燃機関に関す
る。

従来、予燃焼室や渦流室などの副燃焼室を備えたディー
ゼルエンジンなどの内燃機関としては、第１図に示すも
のがある。これを説明すると、主燃焼室〈主室）１と連
絡孔（噴口）２を介して通じる副燃焼室（副室）３を有
し、この副燃焼室３には燃料噴射弁４と、冷間始動時で
圧縮による温度上昇が充分でないときに噴霧燃料および
空気を加熱するためのグロープラグく予熱栓）５とが配
設されている。燃料噴射弁４からは、圧縮行程終了直前
の圧縮比略２０前後になる圧縮加熱された筒内高温空気
の中に、燃料供給ポンプ１６より供給される軽油のよう
なセタン価の高い燃料が噴射され、自己着火により着火
せしめられる。副燃焼室３に噴射された燃料の一部が燃
焼してその中の圧力が急上昇し、未燃または不完全燃焼
成分を含む高温ガスを主燃焼室１へ高速で押し出し、主
燃焼室１で新気と流動、混合を促進しつつ燃焼を継続す
る。

しかしながら、このような従来の内燃機関にあっては、
燃料噴射弁４より噴射された燃料が高温空気にふれて所
定温度に上昇し、かつ空気と充分混合して着火を開始す
るまでには相当の時間（＠火遅れ期間、一般に１０°ク
ランク角のオーダ）を要するため、第２図の特性図で示
すように、着火遅れ期間（図のＥ）中に噴射され続けた
燃料がその後−気に着火すると筒内の圧力上昇が急激〈
図のＢ−１Ｃ）になり、いわゆるディーゼルノックと称
する騒音を発生する。なお、第２図のＦは噴射期間を示
し、Ｇは燃焼期間を示す。また、この着火は圧縮熱にた
よるため圧縮比が非常に高い（略２０位）ことを必要と
し、シリンダブロックの骨組などをがっちり作るため構
造上重いエンジンになった。更に圧縮着火性の良いセタ
ン価の高い軽油などの燃料しか用いることができないと
いう問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、機関の吸入行程、圧縮行程あるいは前サイク
ルの排気行程において副燃焼室内にあらかじめ機関１サ
イクルの所要燃料の一部を充填して可燃混合気を形成し
、点火手段によりこれを燃焼せしめ、この燃焼期間中あ
るいは燃焼終了直後に残部の燃料をその燃焼ガス中に噴
射するように構成することにより、着火性能を向上し上
記問題点を解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第３図は、この発明の第１実施例を示す図である。

まず構成を説明すると、主燃焼室１１と連絡孔１２を介
して通じる副燃焼室１３を有し、この副燃焼室１３に燃
料噴射弁１４と点火栓（点火手段）１５が配設されてい
る。

圧縮行程もしくは吸入行程後期において、第４図の特性
図で示ずように機関の１ザイクルの所要燃料の一部（通
常半分以下）を燃料噴射弁１４より副燃焼室１３内に噴
射して１１燃焼室１３内に可燃混合気を形成充満する（
第４図のｌ”ａは可燃混合気形成用燃料噴射期間を示す
）。その際、燃料は連絡孔１２から副燃焼室（ａ１室）
１３内に流入してくる空気に逆って噴射されるため、は
とんど主燃焼室（主空）１１に漏れずに副室１３内に溜
まり、副室１３内に理論混合比に近い可燃混合気を形成
することができる。

また、前ザイクルの排気行程少期において機関の１サイ
クルの所要燃料の一部を燃料噴射弁１４より副室１３内
に噴射した場合は、燃料噴射時から点火時点までの時間
が長く、かつ高温の既燃ガス中に噴射するため、燃料の
蒸発が促進されると同時にラジカルの発生や分解（メタ
ノール等はＣＯとＨ，）が起こる。圧縮行程を更に進め
、上死点前に点火栓１５で火花放電を行ない、副室１３
内の混合気に点火する（第４図のＳは点火を示す）。こ
の点火から着火するまでやはり多少の着火遅れ時間が存
在するが、第４図の特性図で示すように、その着火遅れ
（第４図のＥ）はガソリンエンジンの着火遅れと略同程
度の短時間のもので、ディーゼルノックのような騒音源
とはならない。そして、上記混合気の燃焼期間（第４図
のＧａ　）中あるいは燃焼終了直後に、残部の燃料を燃
料噴射弁１４よりその燃焼ガス中に噴射づ−ると（残り
燃料噴射機関を第４図の［ｂで示す）、ガスは十分な高
温となっているので、着火遅れはほとんどなくただちに
着火して燃焼を開始することができる（第４図のＧは燃
焼期間を示ず）。そのため、筒内の圧力上昇が第４図に
示すように滑かになり着火遅れによる騒音が防止され、
かつ自己着火によらないのでセタン価の低い種々の燃料
、例えばガソリンなども用いることができる。また、圧
縮着火にたよらないため圧縮比を減少（例えば１５以下
〉でき運動部分に作用する力が減少するため、ＩＭ造上
軽いエンジンを供給することができる効果が得られる。

従来のように燃料噴射を連続的に行なう場合は副室１３
内に可燃混合気を安定的に形成することは困難であるの
で、その途中に点火しても良く着火することはできない
が、この発明では一度燃料噴射を止めて（第４図のＦａ
ｉ副室１３内に可燃混合気を充分充満してから点火（第
４図のＳ）するようにしているため、スムーズに着火す
ることができ、その結果所期の目的を達成づることがで
きる（第４図参照）。

なお、最初の一部燃料の噴射と残部の燃料の噴射の噴射
量制御は燃料供給ポンプ１６のカム（図示せず）により
行なうことができ、また点火栓１５の点火電源は通常の
ガソリンエンジンのものと同様のものを用いることがで
きる。また、点火栓１５を用いているためグロープラグ
は不要となる。

第５図には、この発明の第２実施例を示す。

この実施例は、通常の火花点火栓の代りにプラズマ点火
栓１７を用いて点火能力を向上させたものである。この
点火栓１７にはカム１８とカムポイント１９の作動によ
り点火電圧を断続的に供給する通常の点火回路２０と、
低圧電源回路２１とが並列的に接続されており、１〜２
ジユール（ｊ。

ｕｌｅ）／１回程度の電気エネルギが点火栓１７に与え
られてプラズマ状の炎２２がキャビティ２３から副室１
３内に噴射され、着火遅れが短縮される。なお、２４は
中心電極、２５はアース電極、２６はセラミックである
。

第６図には、この発明の第３実施例を示づ。

この実施例は、混合気形成用の燃料を噴射する第１燃料
噴射弁（第１噴射弁）２７と出力発生源となる燃料を噴
射する第２燃料噴射弁（第２噴射弁）２８とを独立的に
設け、これら第１．第２噴射弁２７．［８を副室１３に
配設したものである。

第１ポンプ２９から供給される燃料で第１噴射弁２７が
副室１３内に可燃渡合気を作り、点火栓１５により点火
後、第２ポンプ３０から供給される燃料で第２噴射弁２
８が残りの燃料噴射を行なう。

このような構成によれば、第１噴剣弁２７と第２噴射弁
２８とから別々に異なった燃料を噴射することが可能と
なる。すなわち、第１噴射弁２７からは混合気形成用燃
料として適した気化性が良くかつ自己着火しにくいガソ
リンやプロパン（ブタン）等を噴罰し、第２噴躬弁２８
からは出力発生用燃料として適した着火性が良く、また
安価である軽油等を噴射することが考えられる。その結
果、良好な着火性能を得ることができる。なお、第１噴
射弁２７を下死点刊近で噴射するようにすれば、第１ポ
ンプ２９に低圧ポンプを使用することが可能となる。

第７図には、この発明の第４実施例を示す。

この実施例は上記第１噴射弁２７の代りに燃料供給装置
３１と連通ずる副吸気弁３２を副室１３に設けたもので
、吸入行程中に副吸気弁３２を開弁じて副室１３内に混
合気を吸入するようにしている。そのため、副室１３内
に理想的な可燃混合気を容易にかつ迅速に形成すること
ができ、点火栓１５による着火がスムーズに行なえる。

その他の構成、効果は前記第３実施例と略同様である。

第８図には、この発明の第５実施例を示す。

この実施例は副室１３内の混合気がやや主室１１へ漏れ
てその着火性が悪化するおそれがあるが、連通孔１２を
大きく拡大して連絡孔１２の絞り損失による燃費の悪化
を改善したものであり、主として渦流室型の副室１３に
適用することができる。

なお、燃料に自己着火性の高い軽油等を用いるときは通
常のディーゼルエンジンでも高速高負荷時には着火遅れ
期間が短が（、特に本発明の点火手段１５を用いなくて
も騒音は極めて小さい。従って、高速高負荷時には前記
各実施例の点火手段１５（１７）をその作動を停止する
ように遮断し、また第１噴射弁２７＜３２＞の作動を停
止するようにしてもよい。

第９図には、本発明の第６実施例を示す。

前記実施例において、例えば第１実施例にあっては、噴
射された燃料が常に主室１に到達しゃ１い構成にすると
、可燃混合気形成のために噴射した燃料も主室１１に漏
れ出るため具合が悪いということを考慮して、燃料噴射
弁１４を副室１３内に配設し、かつ出力発生源となる残
部燃料をｆ’Ｊ空１３内の既燃ガス中に噴射するような
構成をしている。しかしながら、その既燃ガス中には酸
素はほとんど存在しないため、後から噴射された残部燃
料は完全に燃焼することができず、煤が発生しやすいと
いう問題がある。

この第６実施例は、噴射方向の異なる２つのノズル３３
．３４有するビントークス（Ｐ　１ｎｔａｕｘ）型の燃
料噴射弁３５を、主室１１と副室１３との連通孔１２近
傍に配設することにより前記実施例の上記問題点の解決
を図ったものである。

第１０図に示すように、その燃料噴射弁３５の先端部に
設けた第１と第２ノズル３３．’３４は制御弁体３６を
介して燃料供給通路３７に連通している。可燃混合気形
成用燃料を噴射する第１ノズル３３は、連通孔（噴口）
１２に対して副室１３に向けて配設され、また出゛力発
生源となる残りの燃料を噴射する第２ノズル３４は、噴
射した燃料が副室１３から噴出した既燃ガスを通り主室
１１に到達するように、連通孔１２の主室１１側近傍か
ら主室１１に向けて配設されている。ただし、第２ノズ
ル３４が開弁するときは第１ノズル３３も同時に開弁す
るが、その噴射特性は第１１図に示すように、少量の燃
料噴射ａの後に、大量の残り燃料の噴射すが行なわれる
。

圧縮行程、吸入行程後期あるいは前サイクルの排気行程
後期において点火用混合気形成用燃料が第１ノズル３３
から連通孔１２を介して副室１３内に向Ｇノで噴射され
、その燃料は圧縮行程時の副室１３内に流入づ−る空気
と混合し、副室１３内に可燃混合気を形成する。その混
合気を点火栓１５等の点火手段により点火すると、副室
１３内の可燃混合気は燃焼、膨張し、高温の既燃ガスが
連通孔１２から噴出する。既燃ガスが噴出するとほぼ同
時か、その直後に残りの燃料を第２ノズル３４から噴射
する。この様にすると、出力発生源となる残りの燃料は
高温ガス中に噴射されることになり、燃料の気化、及び
熱的な燃料のクラッキング等、燃料の初期の過程が速や
かに進行し、特に燃料が十分な酸素が存在している主室
１１内に到達するため着火遅れが短くなり、かつその後
の燃焼も完全に行なわれ煤等の発生も抑制される。

第１２図には、この発明の第７実施例を示ず。

この実施例は、前記第６実施例と略同様な目的を有する
ものであるが、第１と第２の燃料噴射弁３８．３９を設
け、可燃混合気形成用燃料を噴射する第１噴射弁３８を
副室１３内に配設し、出力発生源となる残りの燃料を噴
射Ｊる第２１ｆＲ射弁３９を主室１側の連通孔１２の近
傍に配設している。

従って、第２噴射弁３９から噴射される残りの燃料は温
度が高く、かつ′＠素が充分にある雰囲気中に噴射され
ることになり、所期の目的が達成される。更に、前記第
３実施例の場合と同様に、第１噴射弁３８からは気体ま
たは気化性が良くかつ自己着火しにくいガソリンを噴射
し、第２噴射弁３９からは着火性が良く、また安価であ
る軽油やその他用質の燃料を噴射することができる。

以上説明してきたように、この発明によればその構成を
機関の吸入行程、圧縮行程あるいは前サイクルの排気行
程において副燃焼室内に機関の１サイクルの所要燃料の
一部を供給して可燃混合気を形成する第１燃料供給手段
と、その可燃混合気を点火燃焼するための点火手段と、
その燃焼期間中あるいは燃焼終了直後に残りの燃料をそ
の燃焼ガス中に、またはその燃焼ガスを通して主燃焼室
に噴射する第２燃料供給手段とを設（プたため、着火遅
れによる騒音が解消され、セタン価の低い燃料も用いる
ことができ、圧縮比を減少することができるなどの効果
を得ることができる。更に、上記第１燃料供給手段と第
２燃料供給手段を別々の燃料タンクに連通ずることによ
り、第１．第２燃料供給手段から別々に異なった燃料を
噴出することが可能となり、より適切な着火性能を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の縦断面図、第２図は第１図の装置の
クランク角に対する筒内圧力に関する特性図、第３図は
本発明の第１実施例の縦断面図、第４図は第３図の装置
のクランク角に対する筒内圧力に関１−る特性図、第５
図は本発明の第２実施例の縦断面図および回路図、第６
図は本発明の第３実施例の縦断面図、第７図は本発明の
第４実施例の縦断面図、第８図は本発明の第５実施例の
縦断面図、第９図は本発明の第６実施例の縦断面図、第
１０図は第９図の燃料噴射弁の要部拡大縦断面図、第１
１図は第９図の燃料噴射弁のクランク角に対づ”る燃料
噴！８量に関する特性図、第１２図は本発明の第７実施
例の縦断面図である。１１・・・主燃焼室、１２・・・連絡孔、１３・・・副
燃焼室、１４・・・燃料噴射弁、１５・・・点火栓（点
火手段）、１６・・・燃料供給ポンプ、１７・・・プラ
ズマ点火栓、２１・・・低圧電源回路、２３・・・キャ
ビティ、２７・・・第１燃料噴射弁、２８・・・第２燃
料ｌ１１１躬弁、２９・・・第１ポンプ、３０・・・第
２ポンプ、３１・・・燃料供給装置、３２・・・副吸気
弁、３３・・・第１ノズル、３４・・・第２ノズル、３
５・・・燃料噴射弁、３８・・・第１燃籾噴剣弁、３９
・・・第２燃料１１ｊｌ劃弁。特許出願人　日産自動車株式会社 −′１第２図第４図ＤＣ第５図４ −７：第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、　主燃焼室に連通孔を介して連通する副燃焼室を有
する内燃機関において、機関の吸入行程、圧縮行程ある
いは前サイクルの排気行程において機関の１サイクルの
所要燃料の一部を副燃焼室内に供給して混合気を形成す
る第１の燃料供給手段と、その混合気を点火燃焼せしめ
る点火手段と、その混合気の燃焼期間中あるいは燃料終
了直後に残りの燃料を主燃焼室または副燃焼室に供給す
る第２の燃料供給手段とを有することを特徴とする内燃
機関。２、　第１と第２の燃料供給手段が、副燃焼室に設けら
れた１個の燃料噴射装置よりなる特許請求の範囲第１項
記載の内燃機関。３、　第１と第２の燃料供給手段が、副燃焼室側の連通
孔近傍に配設され、連通孔を通して副燃焼室側に噴射す
る第１のノズルと、連通孔を通して主燃焼室側に噴９Ａ
′！ｌる第２ノズルとを有する１個の燃料噴射装置より
なる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関。４、　第１の燃料供給手段は吸気弁を介して副燃焼室に
接続された吸気管に設けられている特許請求の範囲第１
項記載の内燃機関。５、　点火手段がプラズマ点火栓である特許請求の範囲
第１項より第４項のいずれか１つに記載の内燃機関。６、　点火手段は機関の高速高負荷域にＪ５いて点火を
中断されるようにされている特許請求の範囲第１項より
第５項のいずれか１つに記載の内燃機関。７、　第１および第２の燃料供給手段は、機関のいずれ
か１つに記載の内燃機関。８、　主燃焼室に連通孔を介して連通ずる副燃焼室を有
する内燃機関において、機関の吸入行程、圧縮行程ある
いは前サイクルの排気行程において機関の１ザイクルの
所要燃料の一部を副燃焼室内に供給して混合気を形成す
る第１の燃料供給手段と、その混合気を点火燃焼せしめ
る点火手段と、その混合気の燃焼期間中あるいは燃焼終
了直後に残りの燃料を燃焼室に供給覆る第２の燃料供給
手段とを設ける一方、第１の燃料供給手段からは気体あ
るいは気化性の良い燃料を、第２の燃料供給手段からは
重質の燃料を供給すべく構成したことを特徴とする内燃
機関。９、　第１の燃料供給手段は副燃焼室に配設された燃料
噴射装置であり、第２の燃料供給手段は主燃焼室側の連
通孔近傍に配設され連通孔より噴出する燃焼ガスを通し
て主燃焼室に達する燃料を噴射する燃料噴射装置である
特許請求の範囲第８項記載の内燃機関。１０、第１の燃料供給手段は、高速高負荷時には作動し
ないようにされている特許請求の範囲第８項または第９
項記載の内燃機関。