燃焼室 （ねんしょうしつ）は、燃料 が燃焼 する空間であり、熱機関 においては燃焼（酸化）により熱エネルギーを発生する部位である。
ジェットエンジン の内燃室の模式図内燃機関 における燃焼室は、内燃室 と呼ばれることもある。
燃焼 で発生した高熱のガス （排気ガス ）は、元々の燃料や混合気よりも遙かに大きな容積に膨張し、大きな圧力と熱量を放出する。例えば、ガスタービン の場合にはこの圧力を利用して軸に接続されたタービンブレード を回転させることが可能であり、ロケットエンジン の場合には噴射ノズル によって圧力が解放される方向を指定することで、圧力を推力 として利用出来る。
レシプロエンジン などは間欠燃焼であり、吸気によっても燃焼室表面の温度が下げられるのに対し、ロケットエンジン やジェットエンジン 、ガスタービン などは基本的に連続燃焼であり、燃焼室の冷却は機関の寿命に大きく影響する。
レシプロエンジンの燃焼室は、上死点 付近にある時のピストン やシリンダー 、シリンダーヘッド などで囲まれた空間である。
通常はシリンダーヘッドに点火プラグ や吸排気バルブ が設けた半球形の凹みが設けられ、ピストン冠面やシリンダー上端部とともに「混合気を燃焼させる部屋」である燃焼室 を形成する。ピストン冠面は平面もしくは軽い膨隆があるが、バルブに対応する凹みが設けられることが多い。ターボチャージャー などの過給機 付きエンジンでは圧縮比を下げる目的で窪みが設けられる場合もある。
ガソリンエンジンの燃焼室には様々な形状のものが存在し、その形状によってそのエンジンの圧縮比 が大きく左右され、エンジンの効率（出力や燃費）に影響する。
エンジン設計者は、燃焼室やシリンダー内の過熱（機械的強度を下げるとともに、NOx の生成を促す）を避けつつ冷却損失を小さくし、混合気の完全燃焼を目的に様々な燃焼室形状を考案してきた。そのために有効なのが、熱効率が低下する表面積の大きくなる細長く大きな燃焼室ではなく、できるだけ表面積が小さいコンパクトな燃焼室の採用であった。
こうした改良の中で混合気が燃焼室のなかで乱流 を形成することが燃焼効率の改善に良いことも分かってきた。半球形 （英語版 ） ペントルーフ形 などでは、スワール （横渦流）やタンブル （縦渦流）を形成するようにヘッドとインテークの形状を工夫している。またシリンダ断面積とヘッド断面積をかえてピストン上昇時には挟み込まれた部分で噴流を発生するスキッシュエリアが設けらえることも多い。初期の排気対策ではCVCC のように希薄混合気に点火するために補助燃焼室や補助吸気バルブなどが付加されることがあった。
通常、点火プラグは燃焼が伝播する速度を見込んで圧縮上死点の少し前で点火を行うが、それ以前にシリンダー内で自己着火するノッキング が発生することがある。ノッキングによる衝撃はピストンやシリンダーヘッドの損傷につながるため、通常は圧縮比を制限したりノッキングセンサーによりノッキングを検知すると点火時期を遅らせる方法がとられる。
燃焼室によるノッキングの起きにくさはメカニカルオクタン価と呼ばれ、これが高いエンジンはより高い圧縮比が実現できるため高出力で高燃費となる。メーカーはメカニカルオクタン価を上げるためにさまざまなシミュレーションや燃焼状態の観察を行っている。
初期のガソリンエンジンで多く見られたサイドバルブ の燃焼室では、平たく横方向に長い形状を呈しており、この形状を指してフラットヘッド と呼ばれる場合が多かった。しかしこのような形状は燃焼室の表面積が大きいため燃焼効率に劣り、圧縮比もある程度までで頭打ちとなる一方、低オクタン価の燃料が使用可能なことから、発電機などでは依然として多く使われている。一方で出力を求めた頭上弁式（OHV 、OHC ）エンジンでは、下記のような燃焼室が登場した。
サイドバルブからOHVに移行した初期の段階で登場した形式で、燃焼室形状は文字通り洋式の浴槽 のような長方形の形状を採っている。吸排気バルブはシリンダーヘッドに対して垂直に配置されるため、機械加工が容易で最低限の設計変更でサイドバルブをOHV化可能であったため、多くのエンジンでこの形式が採用された。しかし、燃焼室内の乱流形成が比較的容易な反面、燃焼効率に劣るため、次第に後述の形式に改良されていくことになった。また、トヨタ の1E型、および2E型、3E型ガソリンエンジン のように1気筒あたり3バルブ のSOHCでありながらバスタブ型燃焼室を採用したエンジンも存在する。
燃焼室の形状が、横から見て楔 のような、細長い三角形状を呈しているもの。吸排気バルブがシリンダーヘッドに対して斜めに配置されるため、ターンフロー エンジンにおいては吸排気ポート の曲がりがゆるやかに設計でき、圧縮比もバスタブ型と比較して高く採ることが可能となった。OHVのみならずOHC形式でも、ターンフローエンジンにおいては、後述の多球型燃焼室が登場するまで主流の形式であった。
イタリア ・Malossi 社のスクーター 用2ストロークエンジン のシリンダーヘッド燃焼室の形状が球 を半分もしくは1/3程度に切り取った形状を呈しているもの。クロスフロー 式シリンダーヘッドの登場と共に現れた形式で、燃焼室の表面積が容積に対して小さくなるので冷却損失を小さくでき、燃焼の圧力が均等に広がる流体力学的に理想的な形状のため、多くのエンジンでこの形状が使用された。
代表的なものとしてはHemispherical（ヘミスフェリカル：半球状の～）という燃焼室形状がそのまま名称となっているHEMI エンジンがある[ 注釈 1]
変わった所では吸気をOHV、排気をサイドバルブで行うとなるローバー のIOEエンジン は傾斜した平面のシリンダーヘッドと独特なピストンヘッドおよび排気バルブまわりの形状により半球形(正確には逆半球形)に近似した燃焼室を形成する。
しかし、欠点として燃焼室内の流体効率が良すぎる故に乱流の形成が行いにくいという点が挙げられ、一部のエンジンでは吸気バルブ以外にごく小さな補助吸気バルブをおくなどの手法で乱流を強制的に引き起こす対策が採られることもあった（三菱・MCA-JET バルブなど）。
また大きな半球形状を取った場合、圧縮比を高めていくにはピストン側のピストントップを大きく盛り上げる加工も不可欠であったため、ピストン側の重量増加を嫌った設計者によっては、後述の多球型燃焼室を採用して燃焼室の燃焼効率低下を最小限に抑えながら、ピストンの軽量化と同時に圧縮比を高める手法が採られることもあった。
DOHC やSOHCマルチバルブ の普及で吸排気バルブ2本ずつの4バルブ構成が登場してくると平たいポペットバルブ の先端で半球の形状が崩れてしまいやすいことや、半球の曲線に合わせてバルブを配置するとバルブ挟み角が極端に広くなってしまいがちなことからマルチバルブエンジンでは後述のペントルーフ型が主流となった。なお、2019年 7月にフルモデルチェンジを実施した4代目ダイハツ・タント から搭載が開始された第4世代KF-VE型（NA）及びKF-VET型（ターボ仕様） は、軽自動車を含む4輪車用の4バルブヘッド のガソリンエンジンとしては世界初となる半球型燃焼室を採用した。
RFVC 特殊な半球型燃焼室の採用例としては、本田技研工業 のオートバイ 部門が1982年 にBaja_1000 用ワークスレーサーとして開発したXR500R 、それに採用したRFVC （R adial F our V alve C ombustion C hamber/放射状4バルブ燃焼室）が挙げられる。RFVCは複雑なロッカーアーム 配置により、広い挟み角の4本のバルブを放射状に配置した事例であり、真の半球型燃焼室を実現すると共に、バルブ径を限界まで広げていた。SOHC におけるマルチバルブ 技術の先駆ともいえる事例でもある。 この技術は1983年 、XLX250R より市販車にも導入され、後にDOHC ヘッド化されてCBX250RS ・GB250クラブマン などの各オンロードバイクにも搭載された。しかし容易に想像出来るように、RFVCはシリンダーヘッドが大きくなりやすく、隣り合う気筒間でバルブ開閉機構同士が干渉を起こしやすい。そのため個々のシリンダーが独立しているエンジン、すなわち単気筒 やV型2気筒 、水平対向2気筒 以外には採用が難しいという、大きな欠点があった。実際にホンダも、単気筒にしか採用していない。しかしホンダは、1つの吸排気ポート 当たり、1つのキャブレター と1本のエキゾーストパイプ を配置する という極めて精緻な機構を採用し、単気筒ながらも直列2気筒 に迫る12,000rpm以上の最大回転数を誇るハイチューンエンジンとしてその名が広く知られた。 ただし、4本のバルブを放射状に配置し、それによって真の半球型燃焼室と最大のバルブ径を実現する、という発想はホンダが最初ではない。1930年代に、少なくとも試作はされたことが判っており、1967年には、BMW が同じ発想に基づくレーシングエンジンを開発している[ 1]
フォード・302エンジン の4.9L V8シリンダーヘッド。ハート型燃焼室を持つOHVヘッドである半球型の亜種と呼べる形式で、燃焼室の形状が複数の球面を組み合わせた形状を呈しているもの。多くの場合吸排気バルブと点火プラグにあわせて3つの球面とすることが多かったため、燃焼室はハート の形を呈し、ハート型燃焼室 と呼ばれることもあった。
半球型に比べて流体力学的には不利な形状であるが、ピストントップを大きく盛り上げることなく圧縮比を高くとることが可能であり、乱流の形成も比較的良好であったことから、吸気1・排気1の2バルブ構成を取るシリンダーヘッドではOHV、OHC、ターンフロー、クロスフローの別なく幅広くこの形式が採用された。半球型燃焼室からの移行の例としては三菱・4G54エンジン において、旧来の半球型燃焼室＋MCI-JETバルブの組み合わせがオーストラリアの三菱・マグナ での最終型エンジンではハート型燃焼室に変更され、結果的にMCI-JETバルブが廃止できた事例があげられる。
また、バスタブ型燃焼室や楔型燃焼室をプライベーターがチューンする際にもこの形式の燃焼室は多用された。具体的には元の燃焼室を一度アルゴン溶接などで埋めてしまい、改めて吸排気バルブ周辺にスキッシュエリアと半球を形成するように削り直すのである。場合によってはバルブシートを一度取り外して、バルブ自体もステムが長い物に交換することでバルブ全体をピストントップに近づけ、ピストントップや時にシリンダー側面にバルブリセスを設けることで極限まで圧縮比を向上させる手法もビッグバルブへの交換の際には行われることがあった。
STDCC ハート型以外の形状の採用例としては、スズキ のオートバイ 部門が1982年のスズキ・GS125E から採用したSTDCC （S uzuki T win D ome C ombasjon C hamber/2ドーム式燃焼室）が上げられる。STDCCは点火プラグをセンタープラグとして吸排気バルブの中間に配置し、吸排気バルブを中心に2つの半球を並べることで、ダルマ に似た形状の燃焼室 TSCC STDCCは1980年のスズキ・GSX750E に導入されたTSCC （T win S wirl C ombasjon C hamber/2渦流式燃焼室）がベースとなっている技術である。TSCCはDOHC4バルブエンジンに多球型燃焼室の概念を持ち込んだ事例であり、吸排気バルブを中心に4つの半球が組み合わされ、ダルマが二つ並んだような形状[1] を示す事になる。TSCCは後述のペントルーフ型燃焼室と組み合わされたニューTSCCに発展し、現在のスズキ・GSX-R シリーズにも引き続き採用され続けている。
DOHCシリンダーヘッドのカットモデル。吸排気バルブの設置角度（バルブ挟み角）が狭くなればなるほど、ペントルーフの頂点は平らに近づいてゆき、圧縮比が高まる事になる DOHCやSOHCのマルチバルブエンジンの登場と共に登場した形式。主に4本の吸排気バルブ[ 注釈 2] センタープラグ が容易に実現でき、火花の伝播効率が非常に良くなることや、バルブ挟み角を狭く取ることで三角形の頂点を低くして圧縮比を高めることも可能で、カムシャフトの間隔を狭めることでDOHCシリンダーヘッドの小型軽量化も可能となることから、現在のガソリンエンジンの主流と言える形式となっている。
この形式も半球型燃焼室同様に燃焼室内の流体の流れる効率が良すぎる故に乱流の形成が行いにくいという点が挙げられ、メーカーによっては吸気バルブの片方を低回転域で不作動とすることで吸入空気の流速を高めて乱流の形成を促す機構が採用されること（トヨタ・T-VIS など）もあった。今日では可変バルブ機構の発達により吸気バルブの休止機構と共にバルブタイミングを可変させる手法も確立され、高出力と高燃費を両立することが可能となっている。
ディーゼルエンジンの技術に由来する副室式については、過去にホンダ のCVCC エンジンなど一部で採用例があるが、この際は採用は一時的なものにとどまっていた。しかし2010年代に入り、主にレーシングカー用のターボエンジンにおいて「プレチャンバー」と呼ばれる副室式を採用する例が見られるようになった。
具体的には、点火プラグの周辺をキャップのようなもので覆い副燃焼室（プレチャンバー）とし、主燃焼室との間を細いオリフィスで結ぶ。そして主燃焼室における圧縮行程が進むと、オリフィスを経由して混合気がプレチャンバーに流れ込む（パッシブ式。他にプレチャンバーに直接混合気を送るアクティブ式もある）。その状態で点火プラグが点火すると、プレチャンバー内で発生した火炎がオリフィス経由で主燃焼室にジェット噴流となって噴き出し、主燃焼室内の混合気を一気に燃焼させる[ 2]
プレチャンバー型は、2014年 からのF1 で使われる1.6L・V6ターボエンジンで採用されているほか（2014年にメルセデス が採用したのを皮切りに、2017年までに全車が採用した）、スーパーフォーミュラ ・SUPER GT （GT500クラス）で使われているNRE（Nippon Race Engine ）にも2016年 頃からその技術が投入された[ 3] 2020年 発表のマセラティ・MC20 で初めて採用された[ 2] JAPAN MOBILITY SHOW では、日本特殊陶業 が既存の点火プラグと交換可能なプレチャンバープラグを参考出品した[ 4]
ディーゼルエンジン の燃焼室は、燃料噴射装置 の方式によって、下記の二種類に大別出来る。ディーゼルエンジンのシリンダーヘッド下面は平らで、吸排気バルブの間にはバルブ挟み角 が無く、全て平行配置である。
オープンチャンバー式 や単室式 とも呼ばれるこの形式は、噴射ノズルが直接シリンダー内に燃料を噴射する[ 注釈 3] キャビティ と呼ばれる凹みに燃料が噴射されて燃焼を行う。すなわちこのピストンキャビティが燃焼室である[ 5]
また、対向ピストンエンジン にはシリンダーヘッドが存在せず、対向する2個のピストン冠面とシリンダー壁で燃焼室を構成する。シリンダーの中程が燃焼室となり、この側面に噴射ノズルが備わる直接噴射式である。
直接噴射式と異なり、シリンダーヘッドに設けられた副燃焼室内に燃料の噴射を行う形式。副燃焼室の形式により、予燃焼室式 と渦流室式 に細別できる。どちらの形式でもピストントップの凹みが主燃焼室 と呼ばれるが、直接噴射式のそれに比べるとごく浅い。主燃焼室に対する副燃焼室の容積は、予燃焼室式の場合で30 - 40 %程度、渦流室式の場合で70 - 80 %程度である。
副燃焼室内にグロープラグ と噴射ノズルが設けられており、寒冷時での始動時はグロープラグからの熱で、副燃焼室の空気を事前に予熱することにより始動を容易にさせて、運転開始後は圧縮によって熱せられた空気が副燃焼室に入り込むことで着火する。着火した燃料は高い流速の火炎となって主燃焼室へ放出される。副燃焼室の主燃焼室側の開口部は「噴口」と呼ばれ、ここで流路を細く絞ることで吸気と火炎に高い流速を与えて拡散燃焼 を助けている。
直接噴射式に比べると熱損失は大きいが、全ての回転域で容易に安定した燃焼状態が得られることから高回転化にも適し、燃焼時間が長いため燃焼時の圧力と温度変化が穏やかで窒素酸化物 と炭化水素 の発生が少なく、騒音 （ディーゼルノック）も低い。このため、コモンレール 化以前の乗用車・商用車 用を始めとした小型高回転型エンジンに多数の採用例がある。
予燃焼室式 ボア 中心付近に、細長くやや小さめの副燃焼室を持つ。この噴口付近の通路に小さな焼玉 を持つものもある。渦流室式 半分程ボアからはみ出た位置に、球形のやや大きめの副燃焼室を持つ。予燃焼室式より大きくする事により容積あたりの表面積を最小として、シリンダーヘッドや冷却水 に熱を奪われることを防ぎ、また、噴口を球の中心からオフセットする事により、圧縮時に副燃焼室内に強力なスワール（横渦流）を発生し、燃焼効率がさらに高められている。ピストン側の主燃焼室形状には「ハート 形」や「双葉 形」があり、吹き出した火炎がシリンダー内でもスワールを形成するようになっている。日産・CDエンジン のように、噴射ノズルからの燃料の一部がピストントップの主燃焼室に「直接」届く、噴口よりさらに小径の「副噴口」を持つものがある[ 6] [ 7]
ロータリーエンジン （ヴァンケルエンジン）の燃焼室とは、上死点 付近でローター やローターハウジング、サイドハウジング、点火プラグで囲まれた扁平な空間を指す。レシプロエンジンとは異なり、ローターの回転とともに燃焼室がハウジング内の広い範囲を移動する。
ロケットエンジンの燃焼室は燃焼による反動で推進するために使用される。
一般的にはボイラーで燃料の燃焼熱を水に与え、高圧蒸気を得て機関を動作させる。蒸気機関車においては、その内の燃料を燃焼させる空間は火室と呼ばれ、その副室が燃焼室と呼ばれる。
^ なお現行のHEMIエンジンは完全な半球形ではなくなっている。
^ DOHCの場合は3本の吸気バルブ・2本の排気バルブ（=5バルブ）も混在する。またSOHCの場合は2本の吸気バルブ・1本の排気バルブ（=3バルブ）も混在する。
^ ポート噴射式も単室式の一種であるが、一般的には直接噴射式にはポート噴射式を含まない。
^ 「勝利のエンジン５０選」カール・ルドヴィクセン著 二玄社 2004年11月10日発行 167ページ
^ a b F1の燃焼技術「プレチャンバー」をまさかマセラティが出してくるとは！新3.0ℓV6ターボエンジンのプレチャンバー技術を読み解いてみる - MotorFan・2020年7月3日
^ プレチャンバーも開発の焦点に。“燃費ターボ”NREは最新かつ最後の大技か【スーパーGT驚愕メカ大全／最終回】 - オートスポーツ・2020年7月9日^ 日本特殊陶業、副燃焼室付き「プレチャンバープラグ」公開 - Car Watch・2023年10月26日^ “6BB1 ”. 日本の自動車技術330選 . 自動車技術会 . 2020年7月21日 閲覧。 ^ 杉原邦彦、田中利明、佐々木正博、上田隆正 (1988年5月5日). “（4）副噴口付き渦室式ディーゼル機関の開発 ” (PDF). 昭和62年度 日本機械学会賞（技術賞） . 日本機械学会 . 2024年7月11日 閲覧。 ^ 杉原邦彦、田中利明、佐々木正博、上田隆正「副噴口付き渦室式ディーゼル機関の開発」『日本機械学會誌』第91巻第834号、1988年5月5日、414-415頁、NAID 110002474402 。
その他
安全装置・安全技術 常備品・オプション部品・アクセサリー 関連項目 油脂類
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![[1]](http://www.mcnews.com.au/NewBikeCatalogue/2001/Suzuki/GSXRimages/6_Head_600p.jpg){kind=link}
