JP3406119B2 - うず室式副燃焼室付き２サイクルディーゼルエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、副燃焼室内に圧縮され
た空気のうず流を発生させるうず室式副燃焼室付きエン
ジンに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、エンジンとしては、シリンダ内の
主燃焼室と、この主燃焼室に連絡孔を介して連通された
うず室式副燃焼室とによって燃焼室が構成されたうず室
式副燃焼室付き４サイクルディーゼルエンジンがある。
前記連絡孔は、副燃焼室内壁面の接線方向に沿うように
シリンダ軸線に対して傾斜させている。 【０００３】すなわち、この種の４サイクルディーゼル
エンジンは、圧縮行程において空気が主燃焼室から前記
連絡孔を通って副燃焼室内に流入することにより、副燃
焼室内に圧縮された空気のうず流が生じる。このうず流
中に燃料を噴射することによって着火し燃焼が行われ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上述した
ように構成されたエンジンを大型化することなく出力を
高めようとしたが、従来の４サイクルディーゼルエンジ
ンでは限界があった。これは、副燃焼室の容積比を大き
くとれないことが原因であった。なお、この容積比と
は、ピストンが上死点に位置しているときの主燃焼室の
容積に副燃焼室および連絡孔の容積を加算した総燃焼室
容積に対する副燃焼室の容積の割合のことである。この
容積比が大きくなればなるほど圧縮行程で副燃焼室に空
気を多く送り込むことができるので、空気利用率が高く
なって高出力が得られることが知られている。 【０００５】４サイクルディーゼルエンジンでは、シリ
ンダヘッドに吸・排気弁やこれらの弁を駆動するための
動弁装置を設けた上で副燃焼室を設けなければならない
ので、副燃焼室の容積は容積比にして５０％程度しか確
保することができない。すなわち、ピストンが上死点に
達した状態であっても、副燃焼室に送られた空気と略同
量の空気が主燃焼室および連絡孔内に残存するため、空
気利用率が低くなってしまうのである。 【０００６】また、従来のうず室式副燃焼室付き４サイ
クルディーゼルエンジンにおいては、上述したように高
出力化を図ることの他に、排気煙濃度および燃焼騒音
（ノック音）を低下させるとともに、排気ガス中のＮＯ
_X 含有量を減少させることが要請されている。 【０００７】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、うず室式副燃焼室付きエンジンを大
型化することなく高出力が得られるようにすることを第
１の目的とする。また、排気煙濃度および燃焼騒音が低
く、排気ガス中のＮＯ_X 含有量が少ないうず室式副燃焼
室付きエンジンを得ることを第２の目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】第１の発明に係るうず室
式副燃焼室付きエンジンは、シリンダ内の主燃焼室と、
この主燃焼室に連絡孔を介して連通されたシリンダヘッ
ドに設けたうず室式副燃焼室とによって燃焼室が構成さ
れ、前記主燃焼室に吸気を供給する掃気ポートが排気ポ
ートと対向するように設けられたうず室式副燃焼室付き
２サイクルディーゼルエンジンであって、クランク室に
リード弁を介して接続されて新気をクランク室へ供給す
る吸気通路に、アクセル開度に対応して開度が増減する
スロットル弁を介装し、前記掃気ポートと排気ポートと
をシリンダブロックに設けてピストンによって開閉する
構造とすることによってシリンダヘッドをその略全域に
副燃焼室が形成可能な構造とし、前記排気ポートに、エ
ンジン回転域が低・中回転域にあるときに開口上縁の位
置を相対的に下降させ、かつエンジン回転域が高回転域
にあるときに開口上縁の位置を相対的に上昇させる可変
圧縮比機構を設け、前記連絡孔を、シリンダの軸線方向
から見て前記排気ポート側から排気ポートとはシリンダ
軸心を挟んで反対側を指向する方向へ延びるとともに、
クランク軸の軸線方向から見てその軸線が主燃焼室へ向
かうにしたがって次第に排気ポートから離間して上死点
近傍に位置するピストンの中央部を指向するよう傾斜さ
せて形成し、前記副燃焼室の容積に前記連絡孔の容積を
加えた容積を、ピストンが上死点に位置しているときの
主燃焼室の容積に副燃焼室および連絡孔の容積を加算し
た総燃焼室容積の約８１〜９５％とするとともに、前記
連絡孔の最小断面積を、シリンダ孔の断面積の約１．８
〜２．２％としたものである。 【０００９】【作用】 本発明によれば、ピストンが上死点に達した状
態では、燃焼室全域に分布する空気のうち過半量が主燃
焼室から副燃焼室側に送り込まれる。また、副燃焼室に
空気が流入するときおよび副燃焼室から燃焼ガスが流出
するときに連絡孔が抵抗になり難いから、副燃焼室内に
強いうず流が発生して空気と燃料が効率よく混合される
とともに、燃焼ガスが円滑に主燃焼室に吹き出る。さら
に、副燃焼室から主燃焼室に流入する燃焼ガスは、膨張
行程初期においてはピストン頂面の略中央に吹き付けら
れるから、ピストンに加わる燃焼ガスの熱がピストンの
周辺部に分散し易い。さらにまた、エンジン回転域が低
・中回転域にあるときには相対的に圧縮比が高くなると
ともに排気時期が遅れ、高回転域にあるときには相対的
に圧縮比が低下するとともに排気時期が早くなり、しか
も、排気口の開口面積が増大する。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【実施例】実施例１ 以下、本発明の一実施例を図１ないし図６によって詳細
に説明する。図１は本発明に係るうず室式副燃焼室付き
エンジンの縦断面図、図２は図１におけるII−II線断面
図、図３は図１におけるシリンダブロックのIII−III線
断面図、図４はスロットル弁開度を決定するためのマッ
プとなるグラフ、図５はシリンダ上部を拡大して示す断
面図、図６は副燃焼室容積比と出力の関係を示すグラフ
である。 【００１６】これらの図において、１はうず室式副燃焼
室を有する水冷２気筒２サイクルディーゼルエンジン
（以下、単にエンジンという）である。このエンジン１
は、シリンダブロック２の下部にクランクケース３をこ
れら両者によってクランク軸４が挟持されるように取付
けるとともに、シリンダブロック２の上部にシリンダヘ
ッド５を取付けている。なお、このエンジン１は、クラ
ンク軸４の回転方向を図１において右回りに設定してい
る。 【００１７】前記シリンダブロック２の一側には排気管
６を接続し、他側の下部には吸気マニホールド７を接続
している。前記排気管６は、各気筒の排気通路を集合さ
せる構造になっている。前記吸気マニホールド７は、そ
の内部の吸気通路が気筒毎に分岐するように形成し、分
枝部分より上流側となる上流側端部にスロットル弁装置
８および図示していない吸気管、エアクリーナなどを接
続している。 【００１８】前記スロットル弁装置８は、図１に示すよ
うに、バタフライ弁型スロットル弁８ａをモータ８ｂに
よって駆動する構造になっている。なお、図１は前記ス
ロットル弁８ａおよびモータ８ｂの軸線がクランク軸４
の軸線方向と直交するように描いているが、この軸線方
向はクランク軸４と平行とすることもできる。 【００１９】前記モータ８ｂは、このエンジン１の燃料
噴射量やオイル供給量を制御するＥＣＵ９によって制御
する。すなわち、エンジン回転数検出センサ（図示せ
ず）によって検出したエンジン回転数と、アクセル開度
検出センサ（図示せず）によって検出したアクセル開度
（図示していないアクセル操作子の操作量）とに対応す
るスロットル開度を図４に示すマップから読み出し、こ
の読み出したスロットル開度と前記スロットル弁８ａの
開度が一致するようにモータ８ｂを駆動する。なお、モ
ータ８ｂの制御量を決定するに当たっては、エンジン回
転数と、燃料噴射量などのエンジン負荷を代表するよう
な信号を用いることもできる。また、エンジン回転数、
アクセル開度、燃料噴射量などのエンジン負荷を代表す
るような信号の全てを用いてもよい。 【００２０】図４に示すマップは、エンジン１の回転数
域がアイドリング回転域から低中負荷域にあるときにス
ロットル弁８ａによる吸気制御を行うことを示してい
る。また、エンジン回転数が一定の場合においてアクセ
ル操作子の操作量が多く（少なく）なるにしたがってス
ロットル弁８ａの開度が増大（減少）し、アクセル操作
子の操作量が一定であってもエンジン回転数が増大（減
少）するとスロットル弁８ａの開度も増大（減少）する
ようになっている。 【００２１】すなわち、従来の一般的なディーゼルエン
ジンは吸気系にアクセルペダルと連動するような絞り弁
を設けることはなく、吸気の全量をエンジンに供給する
構造であるが、本実施例のエンジン１ではエンジン回転
数域がアイドリング回転域から低中負荷域にあるときに
吸気をエンジン運転状態に応じて絞ることができるよう
になっている。 【００２２】このように吸気を絞ると、シリンダ内に残
留する燃焼ガスが増大し燃焼が緩慢になる（燃焼期間が
長くなる）ので、ノック音を低く抑えることができると
ともに、燃焼温度が低くなることに起因してＮＯ_X 発生
量を減少させることができる。 【００２３】前記スロットル弁装置８の近傍には燃料噴
射ポンプ１０を配置している。この燃料噴射ポンプ１０
は、エンジン１により駆動して燃料を気筒毎の燃料噴射
弁１１に圧送する構造になっている。この燃料噴射ポン
プ１０での燃料供給量は前記ＥＣＵ９によって制御して
いる。また、この燃料噴射ポンプ１０は、図２に示すよ
うにエンジン１のクランク軸方向の一端部に取付けたベ
ルトカバー１２に支持固定させ、シリンダブロック２の
側方に配置している。この燃料噴射ポンプ１０を駆動す
る構造は、前記ベルトカバー１２内に入力用プーリ（図
示せず）を配設し、このプーリに燃料噴射ポンプ用ベル
ト１２ａを介してクランク軸側プーリ１２ｂの回転を伝
達する構造になっている。 【００２４】前記ベルトカバー１２におけるシリンダブ
ロック２とは反対側には、クランク軸４の回転をエンジ
ン補機に伝達する補機用ベルト１３を配設している。こ
の補機用ベルト１３は、図２に示すように、クランク軸
４の軸端部に固定したクランクプーリ１４と、図示して
いないエアコンディショナー用コンプレッサーのプー
リ、オルタネータのプーリ、ウォーターポンプのプー
リ、パワーステアリング用ポンプのプーリ、アイドラプ
ーリなどに巻掛けている。 【００２５】次に、エンジン１の内部構造について説明
する。このエンジン１のクランク軸４は、図２に示すよ
うに、玉軸受１５およびころ軸受１６を介してシリンダ
ブロック２およびクランクケース３に回転自在に支持
し、気筒毎のクランクピン４ａにニードル軸受１７を介
して２つのコンロッド１８の大端部をそれぞれ連結して
いる。また、このクランク軸４における前記クランクプ
ーリ１４とは反対側の軸端部には、スターター用リング
ギヤ４ｂを有するフライホイール４ｃが取付けてある。 【００２６】前記コンロッド１８の小端部には、ニード
ル軸受１９およびピストンピン１８ａを介して各気筒の
ピストン２０を連結している。このピストン２０は、シ
リンダブロック２のシリンダボア２ａに摺動自在に嵌挿
させている。なお、２０ａはピストンリングを示す。前
記シリンダブロック２は、スリーブレスのめっきシリン
ダからなり、前記クランク軸４およびクランクケース３
を組み付けることによって気筒毎のクランク室２１が形
成される構造になっており、これらのクランク室２１に
空気を導入するための吸気開口２２を下部に形成してい
る。この吸気開口２２に前記吸気マニホールド７を接続
している。この吸気開口２２内となる吸気通路には、従
来周知のリード弁装置２３を介装している。 【００２７】また、シリンダブロック２におけるシリン
ダボア２ａに対して前記吸気側には、ピストン２０の摺
動面にオイルを供給するためのオイル孔２ｂを形成し、
このオイル孔２ｂとはシリンダボア２ａを挾んで反対側
にはクランク軸４の支持部分にオイルを供給するための
オイル孔２ｃ（図２参照）を形成している。これらのオ
イル孔２ｂ，２ｃには、図示していないオイルポンプか
らオイルを供給する。 【００２８】前記オイル孔２ｃの下流側端部は、シリン
ダブロック２におけるころ軸受装着部の上壁面に開口し
ている。なお、クランク軸４には、前記ころ軸受１６に
圧送されたオイルを遠心力によりコンロッド支持用ニー
ドル軸受１７に導く油孔４ｄを形成している。前記オイ
ル孔２ｂ，２ｃにオイルを供給すると、このオイルの余
剰分はクランクケース３の底部に溜まるが、このオイル
は、クランク室２１と吸気マニホールド７内の圧力差に
よって吸気マニホールド７に戻すように構成している。
すなわち、図１に示すように、クランクケース３の底部
にオイル出口孔３ａを形成し、このオイル出口孔３ａと
吸気マニホールド７内とをオイル戻しホース３ｂを介し
て連通している。 【００２９】さらに、シリンダブロック２には、前記ク
ランク室２１とシリンダボア２ａ内とを連通する掃気通
路２４と、排気通路２５とを形成している。前記掃気通
路２４は図３に示すようにシリンダボア２ａの周囲三方
に形成し、それぞれ掃気ポート２４ａを介してシリンダ
ボア２ａ内に連通している。また、排気通路２５は、前
記掃気ポート２４ａの上縁より僅かに高い位置に上縁を
形成した一つの主排気ポート２５ａと、この主排気ポー
ト２５ａより高い位置に開口した一対の副排気ポート２
５ｂとを介して上流側がシリンダボア２ａ内に連通し、
下流側が前記排気管６内の排気通路に連通している。 【００３０】前記排気通路２５における前記副排気ポー
ト２５ｂを介してシリンダボア２ａ内に連通される部分
には排気制御装置２６が設けてある。この排気制御装置
２６は、排気タイミングおよび圧縮比を変化させるため
のものであり、シリンダブロック２に前記副排気ポート
２５ｂ側の排気通路部分を横切るように回動自在に嵌挿
させた棒状弁体２６ａと、この弁体２６ａを回動させる
駆動機構２６ｂとから構成している。前記棒状弁体２６
ａは、気筒毎の丸棒に断面円弧状の弁部を形成するとと
もに、一対の丸棒どうしを凹凸型係合部を介して連結さ
せた構造になっており、軸方向の一端部を駆動機構２６
ｂに連結している。また、駆動機構２６ｂは、前記弁体
２６ａの軸端部に駆動軸（図示せず）を連結し、この駆
動軸に歯車を介して駆動モータ（図示せず）を連結した
構造になっている。なお、この駆動モータは、エンジン
回転域がアイドリング域を含む低・中回転域にあるとき
に弁体２６ａを閉状態として前記排気通路部分を閉塞
し、エンジン回転域が高回転域に達した後は図１に示す
ように弁体２６ａを開状態として前記排気通路部分から
も排気ガスが排出されるように前記ＥＣＵ９によって制
御する。 【００３１】前記弁体２６ａが閉状態にあるときには、
これが開状態のときに較べて圧縮開始タイミングが速ま
るとともに排気開始時期が遅れ、これとともに圧縮比が
高くなる。このため、弁体２６ａを閉状態とすることに
よって、圧縮比が高くなることに起因してエンジン１が
始動し易くなり、低・中回転時に回転が安定するように
なる。また、弁体２６ａを開状態とすることによって、
高回転時にポンピングロスが減少するとともに排気通路
断面積が増大し排気抵抗が減少することに起因して高出
力が得られる。 【００３２】シリンダヘッド５は、図１に示すように、
シリンダブロック２の上端に取付けた下部シリンダヘッ
ド５ａと、この下部シリンダヘッド５ａに装着した略有
底円筒状のホットプラグ５ｂと、これら下部シリンダヘ
ッド５ａおよびホットプラグ５ｂの上部に取付けた上部
シリンダヘッド５ｃとを備え、シリンダボア２ａ内に形
成される主燃焼室２７の上壁を構成している。前記上
部、下部シリンダヘッド５ａ，５ｃはアルミニウム合金
によって形成し、ホットプラグ５ｂはステンレス鋼によ
って形成している。 【００３３】前記下部シリンダヘッド５ａは、シリンダ
軸心に対して排気ポート（主排気ポート２５ａおよび副
排気ポート２５ｂ）側となる部位に小径部および大径部
からなる保持穴を形成し、前記ホットプラグ５ｂをこの
保持穴に上方から嵌挿させることによって保持してい
る。また、略有底円筒状のホットプラグ５ｂは、底部分
に前記主燃焼室２７と筒状部分の内方空間とを連通する
連絡孔２８を穿設している。この連絡孔２８は、その軸
線が下方へ向かうにしたがって次第に排気ポートから離
間するよう傾斜させている。この連絡孔２８の軸線を図
３において一点鎖線Ａで示す。前記上部シリンダヘッド
５ｃは、前記ホットプラグ５ｂの筒状部分と対向する部
位に略半球状の凹陥部を形成している。この凹陥部に前
記燃料噴射弁１１が燃焼を噴射する構造になっている。
また、凹陥部内にはグロープラグ２９を臨ませている。 【００３４】そして、前記下部シリンダヘッド５ａとホ
ットプラグ５ｂは、下部シリンダヘッド５ａの保持穴に
ホットプラグ５ｂを上方から嵌挿させてこれら両者を組
合わせた状態で、シリンダブロック２に上部シリンダヘ
ッド５ｃと共締めしている。このようにシリンダヘッド
５をシリンダブロック２に取付けることにより、シリン
ダボア２ａ内に主燃焼室２７が形成されるとともに、シ
リンダヘッド５内に、ホットプラグ５ｂの筒状部分およ
び上部シリンダヘッド５ｃの前記凹陥部が内壁面となる
平底型副燃焼室３０が、シリンダ軸心より排気ポート側
へ遍在して形成される。なお、前記連絡孔２８は、副燃
焼室３０を略球とみなしたときの接線方向に沿わせて延
設している。 【００３５】ここで、前記副燃焼室３０および連絡孔２
８の容積と、連絡孔２８の最小断面積について説明す
る。副燃焼室３０の容積に連絡孔２８の容積を加えた容
積は、図５に示すようにピストン２０が上死点に位置づ
けられた状態において主燃焼室２７、副燃焼室３０およ
び連絡孔２８の容積を全て加算した総燃焼室容積の約６
５〜９５％となるように設定している。この割合を以下
において容積比という。このように副燃焼室３０の容積
比を約６５〜９５％と従来のエンジンに較べて大きくと
ることができたのは、シリンダヘッド５に吸・排気弁や
これらを駆動する動弁装置を設けていないからである。 【００３６】また、連絡孔２８の最小断面積は、シリン
ダボア２ａの断面積の約１．３〜２．２％に設定してい
る。この割合を以下において連絡孔面積比という。連絡
孔２８の前記断面積は、本実施例では図５中に符号Ｓ１
で示す範囲の面積であり、シリンダボア２ａの断面積
は、図５中に符号Ｓ２で示す範囲の面積である。なお、
連絡孔２８の途中に絞りなどを形成したときには、この
絞り部での通路断面積が最小断面積となる。図５におい
てはシリンダ軸線を一点鎖線Ｃで示している。 【００３７】前記容積比と連絡孔面積比は、発明者らが
行った実験から見出したものである。実験結果を図６に
示す。図６は、連絡孔面積比を種々変えたときの容積比
に対する最大出力の関係を示している。この最大出力
は、従来の４サイクルディーゼルエンジンで多用される
条件（容積比５０％、連絡孔面積比１％）に近い基準条
件（容積比６０％、連絡孔面積比１．２％）の下に測定
した最大出力を１とし、この基準出力値の何倍になって
いるかということを最大出力比として示している。 【００３８】この実験結果から明らかなように、連絡孔
面積比を１．３％とした場合には、容積比が６５％のと
きに最大出力が得られ、このときには最大出力比が約
１．０２となり基準条件の場合に較べて最大出力が約２
％向上する。以下同様に、連絡孔面積比を１．５％とし
た場合には容積比が約７４％のときに、連絡孔面積比を
１．８％とした場合には容積比が約８１％のときに、連
絡孔面積比を２．０％とした場合には容積比が約９０％
のときに、連絡孔面積比を２．２％とした場合には容積
比が約９７％のときにそれぞれ最大出力が得られる。 【００３９】前記各条件下での最大出力は何れも基準条
件の場合に較べて高くなっており、容積比と連絡孔面積
比の組み合わせを最大出力が得られる組み合わせとした
場合には、連絡孔面積比が大きい方がより高い出力が得
られる。なお、連絡孔面積比を上記とは異なる値に設定
した場合には、最大出力値は図６中の波線が示す値にな
ると予測される。 【００４０】上述したように構成した２サイクルディー
ゼルエンジン１は、クランク軸４を図示していないスタ
ータモータにより回転させることによって始動する。ク
ランク軸４を回転させると、空気がエアクリーナ２４→
吸気管２３→スロットル弁装置８→吸気マニホールド７
→リード弁装置４９という吸気系を通ってクランク室２
１に吸入され、ここで圧縮されて掃気通路２４、掃気ポ
ート２４ａを介して主燃焼室２７に導入される。 【００４１】そして、圧縮行程において主燃焼室２７内
の空気が連通孔２８を通って副燃焼室３０に流入するこ
とにより副燃焼室３０内に圧縮された空気からなるうず
流が生じ、このうず流中に燃料噴射弁１１から燃料を噴
射することによって着火し燃焼を開始する。その後、燃
焼ガスが連通孔２８を通って主燃焼室２７内における排
気ポートとはシリンダ軸心Ｃを挟んだ反対側となる部位
に吹き出し、主燃焼室２７内の圧力上昇に伴ってピスト
ン２０が下降する。 【００４２】膨張行程においてピストン２０が主排気ポ
ート２５ａあるいは副排気ポート２５ｂの上縁より下側
に移動することによって、燃焼ガスが主燃焼室２７から
排気通路２５を通って排気管６に排出される。 【００４３】したがって、このエンジン１によれば、副
燃焼室３０の容積に連絡孔２８の容積を加えた容積を総
燃焼室容積の約６５〜９５％としたので、ピストン２０
が図５に示したように上死点に達した状態では、燃焼室
全域に分布する空気のうち過半量が副燃焼室３０に送り
込まれる。このため、副燃焼室３０で燃料が燃焼すると
きの空気利用率を従来に較べて高くすることができる。 【００４４】また、主燃焼室２７と副燃焼室３０とを連
通する連絡孔２８の最小断面積をシリンダボア２ａの断
面積の約１．３〜２．２％としたので、副燃焼室３０に
空気が流入するときおよび副燃焼室３０から燃焼ガスが
流出するときに連絡孔２８が抵抗になり難い。このた
め、副燃焼室３０内に強いうず流が発生して空気と燃料
が効率よく混合されるとともに、燃焼ガスが円滑に主燃
焼室２７に吹き出る。 【００４５】なお、本実施例で用いたシリンダブロック
２は、スリーブレスのめっきシリンダであることから熱
伝達性が高く、燃焼ガスの熱がボア変形に対して大きく
影響を及ぼすことはないから、連絡孔２８の軸線Ａが指
向する方向を本実施例とは変えることもできる。すなわ
ち、本実施例では、図３に示すように、連絡孔２８を軸
線Ａがシリンダ軸線Ｃに対して排気ポート２５ａ，２５
ｂとは正反対となる方向を指向するように形成し、シリ
ンダブロック２内での高熱部を排気ポート２５ａ，２５
ｂ側と、これとはシリンダ軸線Ｃを挾んで反対側とに分
散させて熱分布が偏ることがないような構成を採ってい
るが、前記軸線Ａを、排気ポート２５ａ，２５ｂとはシ
リンダ軸線Ｃを挾んで反対側であって、ピストンピン１
８ａの軸方向と直交する方向へ指向させることもでき
る。 【００４６】連絡孔２８の軸線Ａがピストンピン１８ａ
と直交する方向を指向する構成を採ると、ピストン２０
が上死点に位置づけられたときに燃焼ガスがピストンリ
ング部における排気ポート側の部位に侵入し難くなると
ともに、ピストン２０が熱変形を起こし難くなる。ピス
トンリング部における排気ポート側の部位に燃焼ガスが
侵入し難くなるのは、ピストン２０が上死点に位置づけ
られたときに首振り運動を起こすことに起因している。
この首振り運動は以下のようにして生じる。 【００４７】クランク軸４を図５において右回りに回転
させた場合、ピストン２０は、圧縮行程ではクランクピ
ン４ａが同図においてシリンダ軸線より左側に位置する
ことに起因して生じる側圧により排気ポート２５ａ，２
５ｂ側へ付勢される。一方、膨張行程では、クランクピ
ン４ａが上記とはシリンダ軸線を挾んで反対側に位置づ
けられることから、前記側圧の向きは圧縮行程とは逆方
向となり、ピストン２０は排気ポートとは反対側へ付勢
される。ピストン２０が上死点に位置づけられて前記側
圧の方向が変わると、ピストン２０におけるピストンピ
ン１８ａより頂面側が下側に較べて重量が重いことか
ら、このピストン上部が移動遅れを起こし、ピストン下
部が先に排気ポートとは反対側へ移動する。このため、
ピストン２０が上死点においてピストンピン１８ａ回り
の首振り運動を起こすことになる。 【００４８】すなわち、本実施例のエンジン１において
ピストン２０が首振り運動を起こしたときには、ピスト
ン頂面は排気ポート側が低くなるように傾斜し、シリン
ダボア２ａの内壁面における排気ポート側部分にピスト
ン上部が密接する。このため、連絡孔２８を軸線Ａがピ
ストンピン１８ａと直交する方向を指向するように形成
することによって、ピストン２０が首振り運動を起こし
たときに、連絡孔２８から噴出した燃焼ガスの一部がピ
ストンリング部における排気ポート側の部位に侵入する
のを確実に防ぐことができる。。 【００４９】また、連絡孔２８を軸線Ａがピストンピン
１８ａと直交する方向を指向するように形成することに
よってピストン２０が熱変形を起こし難くなるのは、連
絡孔２８から噴出した燃焼ガスがピストン頂面における
ピストンピン１８ａの軸線方向の略中央に吹き付けられ
るからである。すなわち、ピストンピン１８を保持する
ピストン２０の２箇所のボス部に対して略均等に燃焼ガ
スの熱が伝達されることから、熱分布が偏り難くなって
ピストン２０が熱変形を起こし難くなる。 【００５０】実施例２本発明に係るうず室式副燃焼室付きエンジンの副燃焼室
の他の例 を図７ないし図９によって説明する。図７はホ
ットプラグの内径を上部シリンダヘッドの凹陥部より大
径に形成することによって副燃焼室の内壁面に段部を設
けた実施例を示す図で、同図（ａ）は断面図、同図
（ｂ）はホットプラグを装着した状態の下部シリンダヘ
ッドの平面図である。 【００５１】図８はホットプラグの内径より上部シリン
ダヘッドの凹陥部を大径に形成することによって副燃焼
室の内壁面に段部を設けた実施例を示す図で、同図
（ａ）は断面図、同図（ｂ）はホットプラグの平面図で
ある。図９はホットプラグと上部シリンダヘッドとの合
わせ部にガスケットを介装することによって副燃焼室の
内壁面に段部を設けた実施例を示す図で、同図（ａ）は
断面図、同図（ｂ）はガスケットを載置させた状態での
ホットプラグの平面図である。これらの図において前記
図１ないし図６で説明したものと同一もしくは同等部材
については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。 【００５２】図７に示したホットプラグ５ｂは、円筒部
をその内径が上部シリンダヘッド５ｃの凹陥部４１の開
口径より大径になるように形成している。このような構
成を採ることにより、副燃焼室３０の内壁面に、その周
方向に沿って途切れることなく一連に延在する段部４２
を設けている。この段部４２は、副燃焼室３０内に生じ
るうず流の旋回方向Ｒと略直交する方向に延設してい
る。この段部４２の段差寸法ｄは、この副燃焼室３０の
最大径Ｄの約１〜１０％に設定している。なお、図７
（ａ）において副燃焼室３０に開口する穴４３，４４
は、燃料噴射用穴とグロープラグ挿入用穴である。 【００５３】図８に示した上部シリンダヘッド５ｃは、
凹陥部４１の開口径がホットプラグ５ｂの内径より大径
になるように形成している。このような構成を採ること
により副燃焼室３０の内壁面に段部４２を設けている。 【００５４】図９においては、ホットプラグ５ｂおよび
下部シリンダヘッド（図示せず）と上部シリンダヘッド
５ｃとの合わせ部にガスケット４５を介装することによ
って、副燃焼室３０の内壁面に段部４２を設けている。
すなわち、前記ガスケット４５における副燃焼室３０と
対応する部位に開口径が副燃焼室３０の内径より僅かに
小さい丸穴４５ａを形成し、この丸穴４５ａの開口縁部
を段部４２として利用している。 【００５５】図７〜図９に示したように段部４２を設け
ると、副燃焼室３０内に生じるうず流が段部４２によっ
て乱されるから、燃料が副燃焼室内の全域に略均等に分
散されるようになる。このため、燃料噴射後速やかに燃
焼が開始されることから燃焼可能期間を長くとれるよう
になり、燃料が略完全に燃焼して出力が向上する。 【００５６】実施例３ 連絡孔４８の形成位置および延設方向は、図１０に示す
ように構成することもできる。図１０は燃焼ガスが膨張
行程初期においてピストン頂面の略中央に当たるように
構成した実施例を示すシリンダ上部の断面図で、同図に
おいて前記図１ないし図９で説明したものと同一もしく
は同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省
略する。 【００５７】図１０に示した副燃焼室３０および連絡孔
２８は、図１および図５に示した副燃焼室よりシリンダ
軸線Ｃに対して排気ポート側に遍在させている。また、
連絡孔２８は、膨張行程初期にあるピストン２０の頂面
４６の略中央を軸線２８ａが指向するように形成してい
る。 【００５８】このように構成すると、副燃焼室３０から
主燃焼室２７に流入する燃焼ガスは、膨張行程初期にお
いてはピストン頂面４６の略中央に吹き付けられるか
ら、ピストン２０に加わる燃焼ガスの熱がピストン２０
の周辺部に分散し易い。 【００５９】なお、上述した各実施例においてはシリン
ダヘッド５を３つの部材（下部シリンダヘッド５ａ、ホ
ットプラグ５ｂおよび上部シリンダヘッド５ｃ）で構成
することによってその内部に副燃焼室３０を設けた例を
示したが、シリンダヘッド５を１部材あるいは２部材で
構成することもできる。 【００６０】副燃焼室３０を有するシリンダヘッド５を
１部材で構成する場合には、シリンダヘッド５を例えば
ロストワックス法によって形成することが考えられる。
また、２部材で構成する場合には、前記実施例で示した
下部シリンダヘッド５ａとホットプラグ５ｂを一体に形
成すればよい。 【００６１】 【００６２】 【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係るう
ず室式副燃焼室付きエンジンは、シリンダ内の主燃焼室
と、この主燃焼室に連絡孔を介して連通されたシリンダ
ヘッドに設けたうず室式副燃焼室とによって燃焼室が構
成され、前記主燃焼室に吸気を供給する掃気ポートが排
気ポートと対向するように設けられたうず室式副燃焼室
付き２サイクルディーゼルエンジンであって、クランク
室にリード弁を介して接続されて新気をクランク室へ供
給する吸気通路に、アクセル開度に対応して開度が増減
するスロットル弁を介装し、前記掃気ポートと排気ポー
トとをシリンダブロックに設けてピストンによって開閉
する構造とすることによってシリンダヘッドをその略全
域に副燃焼室が形成可能な構造とし、前記排気ポート
に、エンジン回転域が低・中回転域にあるときに開口上
縁の位置を相対的に下降させ、かつエンジン回転域が高
回転域にあるときに開口上縁の位置を相対的に上昇させ
る可変圧縮比機構を設け、前記連絡孔を、シリンダの軸
線方向から見て前記排気ポート側から排気ポートとはシ
リンダ軸心を挟んで反対側を指向する方向へ延びるとと
もに、クランク軸の軸線方向から見てその軸線が主燃焼
室へ向かうにしたがって次第に排気ポートから離間して
上死点近傍に位置するピストンの中央部を指向するよう
傾斜させて形成し、前記副燃焼室の容積に前記連絡孔の
容積を加えた容積を、ピストンが上死点に位置している
ときの主燃焼室の容積に副燃焼室および連絡孔の容積を
加算した総燃焼室容積の約８１〜９５％とするととも
に、前記連絡孔の最小断面積を、シリンダ孔の断面積の
約１．８〜２．２％としたため、ピストンが上死点に達
した状態では、燃焼室全域に分布する空気のうち過半量
が主燃焼室から副燃焼室側に送り込まれる。このため、
副燃焼室で燃料が燃焼するときの空気利用率が従来に較
べて高くなるので、エンジンを大型化しなくても高出力
化を図ることができる。 【００６３】また、副燃焼室に空気が流入するときおよ
び副燃焼室から燃焼ガスが流出するときに連絡孔が抵抗
になり難いから、副燃焼室内に強いうず流が発生して空
気と燃料が効率よく混合されるとともに、燃焼ガスが円
滑に主燃焼室に吹き出る。このため、空気利用率が高ま
ることと相俟って燃焼効率が向上し、さらなる高出力化
を図ることができる。 【００６４】 【００６５】 【００６６】さらに、副燃焼室から主燃焼室に流入する
燃焼ガスは、膨張行程初期においてはピストン頂面の略
中央に吹き付けられるから、ピストンに加わる燃焼ガス
の熱がピストンの周辺部に分散し易い。このため、ピス
トンの一部が過度に加熱されることがないから、耐久性
を高かめることができる。 【００６７】さらにまた、可変圧縮比機構により、エン
ジン回転域が低・中回転域にあるときには相対的に圧縮
比が高くなるとともに排気時期が遅れ、高回転域にある
ときには相対的に圧縮比が低下するとともに排気時期が
早くなり、しかも、排気口の開口面積が増大する。 【００６８】このため、始動時に圧縮比が高くなって始
動し易く、アイドリング運転を含む低・中回転域で回転
が安定する。また、高回転時にはポンピングロスが減少
するとともに排気抵抗が減少して出力向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係るうず室式副燃焼室付きエンジン
の縦断面図である。 【図２】 図１におけるII−II線断面図である。 【図３】 図１におけるシリンダブロックのIII−III線
断面図である。 【図４】 スロットル弁開度を決定するためのマップと
なるグラフである。 【図５】 シリンダ上部を拡大して示す断面図である。 【図６】 副燃焼室容積比と出力の関係を示すグラフで
ある。 【図７】 ホットプラグの内径を上部シリンダヘッドの
凹陥部より大径に形成することによって副燃焼室の内壁
面に段部を設けた実施例を示す図で、同図（ａ）は断面
図、同図（ｂ）はホットプラグを装着した状態の下部シ
リンダヘッドの平面図である。 【図８】 ホットプラグの内径より上部シリンダヘッド
の凹陥部を大径に形成することによって副燃焼室の内壁
面に段部を設けた実施例を示す図で、同図（ａ）は断面
図、同図（ｂ）はホットプラグの平面図である。 【図９】 ホットプラグと上部シリンダヘッドとの合わ
せ部にガスケットを介装することによって副燃焼室の内
壁面に段部を設けた実施例を示す図で、同図（ａ）は断
面図、同図（ｂ）はガスケットを載置させた状態でのホ
ットプラグの平面図である。 【図１０】 燃焼ガスが膨張行程初期においてピストン
頂面の略中央に当たるように構成した実施例を示すシリ
ンダ上部の断面図である。 【符号の説明】 １…２サイクルディーゼルエンジン、２…シリンダブロ
ック、５…シリンダヘッド、２０…ピストン、２４ａ…
掃気ポート、２５ａ…主排気ポート、２５ｂ…副排気ポ
ート、２６…排気制御装置、２７…主燃焼室、２８…連
絡孔、３０…副燃焼室、４２…段部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−80012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−91327（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−280672（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−88528（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−82520（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−34876（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−121242（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−61608（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−294620（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−67013（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279614（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−80322（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−25422（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−107928（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−110328（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−32127（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−118915（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭47−12306（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−104722（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−29102（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−27703（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−46107（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭39−4501（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭51−53366（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/00 - 19/18 F02B 25/20 F02D 15/04 F02D 9/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 シリンダ内の主燃焼室と、この主燃焼室
   に連絡孔を介して連通されたシリンダヘッドに設けたう
   ず室式副燃焼室とによって燃焼室が構成され、前記主燃
   焼室に吸気を供給する掃気ポートが排気ポートと対向す
   るように設けられたうず室式副燃焼室付き２サイクルデ
   ィーゼルエンジンであって、クランク室にリード弁を介
   して接続されて新気をクランク室へ供給する吸気通路
   に、アクセル開度に対応して開度が増減するスロットル
   弁を介装し、前記掃気ポートと排気ポートとをシリンダ
   ブロックに設けてピストンによって開閉する構造とする
   ことによってシリンダヘッドをその略全域に副燃焼室が
   形成可能な構造とし、前記排気ポートに、エンジン回転
   域が低・中回転域にあるときに開口上縁の位置を相対的
   に下降させ、かつエンジン回転域が高回転域にあるとき
   に開口上縁の位置を相対的に上昇させる可変圧縮比機構
   を設け、前記連絡孔を、シリンダの軸線方向から見て前
   記排気ポート側から排気ポートとはシリンダ軸心を挟ん
   で反対側を指向する方向へ延びるとともに、クランク軸
   の軸線方向から見てその軸線が主燃焼室へ向かうにした
   がって次第に排気ポートから離間して上死点近傍に位置
   するピストンの中央部を指向するよう傾斜させて形成
   し、前記副燃焼室の容積に前記連絡孔の容積を加えた容
   積を、ピストンが上死点に位置しているときの主燃焼室
   の容積に副燃焼室および連絡孔の容積を加算した総燃焼
   室容積の約８１〜９５％とするとともに、前記連絡孔の
   最小断面積を、シリンダ孔の断面積の約１．８〜２．２
   ％としたことを特徴とするうず室式副燃焼室付き２サイ
   クルディーゼルエンジン。