JPH0754091B2 - 内燃機関 - Google Patents

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デルエンジンに
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せ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、主燃焼室に連通す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、コバルト等からな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れたシ
リンダヘッドに伝導する結果、ホットプラグ自体の温度
上昇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
て悪くなり失火を生じ易く、その結果HC等の未然ガスを
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
ケルやコバルト等の耐熱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
た安価な窒素珪素、サイアロン、炭素珪素、ジルコニ
ア、リシア等のセラミッ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・保温性から冷却水損失
の減少がはかられ、副燃焼室内での噴射燃焼の霧化を促
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HC、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、副燃焼室をセラミック材にて構成したも
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、所期の目
的を達成し得なかった。

また、始動性の改善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揮するためには、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
のためにク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連通孔を
有する噴孔部材を形成し、セラミック材または耐熱合金
材でもって渦流室を構成する副燃焼室部材を形成すると
ともに、シリンダベッドに嵌装されたセラミックスリー
ブを介して、該副燃焼室部材を回動自在に装着し、上記
連通孔への開口断面積を可変し、機関特性を制御すると
ともに該副燃焼部材を回動するにあたり、気密性及び無
潤滑の摺動性を向上させ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図に示した内燃機関において、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および該
シリンダヘッド３に穿設された凹部に嵌着したセラミッ
クスリーブ６を介してセラミック材または耐熱合金材よ
りなる副燃焼室部材７が装着され、副燃焼室部材７には
グロープラグ８および噴射ポート９を介して燃焼噴射ノ
ズル10が装備されている。この噴孔部材５およびセラミ
ックスリーブ６および副燃焼室部材７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７をシリンダヘッド３の凹部に嵌着したセラミックス
リーブ６を介し回動自在に支承されるとともに、副燃焼
室部材７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７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７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の凹部
に嵌着されたセラミックスリーブ６を介して回動自在に
支承された副燃焼室部材７は、噴孔部材５とともにシー
ルリング14を介して該セラミックスリーブ６とのクリア
ランスを極めて小さく設定して該セラミックスリーブ６
内に嵌着され、かかるシリンダヘッド３はヘッドガスケ
ット15を介してシリンダブロック16に嵌着して機関が組
立てられている。そのため、高温下で回動する副燃焼室
部材７にあっても焼付等を起さず無潤滑で円滑に摺動
し、かつ気密性も高く保持される。

前記の如く、セラミックスリーブ６を介して装着された
副燃焼室部材７にあって、渦流室17に流入する空気量と
渦流室17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
制御し、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高い断熱効果と高い気密性を保持
した副燃焼室部材を無潤滑で円滑に摺動して開口の断面
積を可変とし、機関を制御できることから、副燃焼室内
に発熱体等を設けた場合であっても渦流を減衰させた
り、乱したりせずに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
実現される。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実現され、ひいては最適燃焼
温度の低下に伴い有害物質であるNO_Xの発生量を減少さ
せることもでき、安価かつ量産に適した副燃焼室を備え
た高出力・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。 ２……主燃焼室、３……シリンダヘッド、６……セラミ
ックスリーブ、７……副燃焼室部材、11……副燃焼室回
転軸、12……開口、13……連通孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドに嵌装されたセラミックス
   リーブ中に副燃焼室部材を回動自在に装着し、副燃焼室
   部材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。