JP2603560B2 - ディーゼルエンジンのうず室式燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
うず室式燃焼室に関する。

【０００２】

【発明の背景】ディーゼルエンジンのうず室式燃焼室で
は、うず室にその噴口を接線状に連通させ、この噴口を
介して主燃焼室に前記うず室を連通させ、このうず室に
燃料噴射ノズルを臨ませたものが、一般的構造として採
用されている。

【０００３】ところで、このような構造のうず室式燃焼
室では、うず流の旋回に基づく遠心力により、うず室内
で質量の異なる未燃ガスと既燃ガスとが分離して、うず
室の中央近傍に質量の小さい既燃ガスが集合し、ここが
局部的に高温となってＮ０_Xの生成が促進される。この
ため、うず室式燃焼室では、ＮＯ_Xの低減が重要な課題
の一つとなっている。

【０００４】

【従来技術】従来、ＮＯ_Xの低減を図る技術として、実
開昭６０−１３９０３０号公報に開示されたものがあ
る。これは、図５に示すように、うず室１０１の中央近
傍内にガス排斥具１０２を設けたものである。これによ
れば、うず室１０１の中央近傍内に既燃ガスが流入する
のを阻止できるので、うず室１０１内での未燃ガスと既
燃ガスとの分離を妨げることができ、これによりうず室
１０１内に既燃ガスの集合による高温領域が形成される
のを防止してＮＯ_Xの発生量を低減させることができ
る。

【０００５】ところで、この従来技術につき、上記公報
では、うず室１０１内にガス排斥具１０２を設けたの
で、うず流の速度分布を均一化することができ、これに
より、燃料の分布を均一にしてＨＣ・ＣＯの発生量を低
減化させることができる旨説明されている。また、図５
（Ｂ）に示すように、特にガス排斥具１０２の両端部を
細くすることにより、うず室１０１から主燃焼室への燃
焼ガスの噴出を円滑に行わせることができるので、主燃
焼室の燃焼をスムーズに行わせることができ、これによ
りエンジンの出力を向上させることができるとともに燃
費を低減化させることができる旨説明されている。

【０００６】しかし、この従来技術には、うず流や燃焼
ガスについての改善手段が示されているのみで、ＨＣ・
ＣＯの低減化、エンジンの出力性能の向上、燃費の低減
化に最も重要な要素となる、噴射燃料の微細化や拡散の
促進についての工夫が欠けているため、次のような問題
が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、噴
射燃料の微細化や拡散を十分に図ることができないた
め、噴射燃料と空気との混合性能の向上が望めない。こ
のため、燃焼性能を十分に高めることができず、ＨＣ・
ＣＯの低減化、エンジンの出力性能の向上、燃費の低減
化が十分に行えない。

【０００８】本発明は、ＮＯ_Xの低減化を図ると同時
に、噴射燃料の微細化や拡散の促進によってエンジンの
出力性能の向上等を十分に図ること、をその課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（第１発明） 第１発明は、図１（Ａ）に示すように、ディーゼルエン
ジンのうず室(１)に噴口(２)を接線状に連通させ、その
噴口(２)を介して主燃焼室(３)にうず室(１)を連通さ
せ、そのうず室(１)に燃料噴射ノズル(４)を臨ませ、そ
のうず室(１)内に柱形状のガス排斥具(５)を設けた、デ
ィーゼルエンジンのうず室式燃焼室において、次の点を
特徴とする。

【００１０】すなわち、図１〜図４に示すように、ガス
排斥具(５)の軸心(１７)を、うず室(１)内でのうず流
(１０)の旋回の中心軸(１８)と一致させ、うず流(１０)
の旋回方向に沿って凹曲状となる噴射激突面部分(９)を
ガス排斥具(５)に設けて、その噴射激突面部分(９)に対
して燃料噴射ノズル(４)の噴射軸心(６)がうず流(１０)
の上流側でなす角(θ)を鋭角に設定し、燃料噴射ノズル
(４)から噴射された全ての噴射燃料(７)が噴射激突面部
分(９)に激突するように構成した、ことを特徴とする。

【００１１】（第２発明）第２発明は、上記第１発明に
おいて、図３に示すように、前記噴射激突面部分９を、
前記うず流１０の下流側に進むにつれて溝幅が次第に狭
くなる前拡がりの溝状に形成した、ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】第１発明の作用を図１（Ｄ）に基づいて説明す
る。

【００１３】燃料噴射ノズル４から噴射された全ての
噴射燃料７は、ガス排斥具５の凹曲状の噴射激突面部分
９に激突したのち、うず流１０の下流側に反射すること
により、上記噴射燃料７は、うず流１０の下流側に微細
化しながら拡散する。

【００１４】全ての噴射燃料７が、噴射激突部分９に
激突することで、うず室１内での燃焼火炎で焼かれて高
温化したガス排斥具５の熱を吸収することになり、うず
室１内での噴射燃料７の気化を促進できる。

【００１５】全ての噴射燃料７が、ガス排斥具５の噴
射激突面部分９に対してうず流１０の上流側から斜め方
向に激突したのち、うず流１０の下流側に反射すること
により、全ての噴射燃料７は、うず流１０の流れに逆ら
うことなくうず流１０にスムーズに巻き込まれる。

【００１６】さらに、噴射燃料７が、ガス排斥具５の
噴射激突面部分９に対して斜め方向から激突することに
より、噴射燃料７が正面から衝突する場合に比べて衝突
面積が広がる。

【００１７】（第２発明）第２発明は、上記第１発明の
作用〜の他、次のように作用する。

【００１８】図３に示すように、噴射激突面部分９
を、うず流１０の下流側に進むにつれて溝幅が次第に広
くなる前拡がりの溝状に形成したので、噴射激突面部分
９で反射して飛散する噴射燃料７を噴射激突面部分９の
両溝壁２６・２６で案内して、噴射燃料７の飛散の偏り
やバラつきを防止し、噴射燃料７を確実にうず流１０に
向けて飛散させることができる。このため、空気と噴射
燃料７との混合性能を高めることができ、これにより上
記で述べたＨＣ・ＣＯの低減化、エンジンの出力性能
の向上、燃費の低減化を、一層確実なものにすることが
できる。

【００１９】

【発明の効果】（第１発明）第１発明は、下記の効果
〜を奏する。

【００２０】燃料噴射ノズルから噴射された全ての噴
射燃料は、ガス排斥具の凹曲状の噴射激突面部分に激突
するので、噴射燃料の微細化と拡散とを促進することが
できる。従って、噴射燃料と空気との混合性能を高め
て、燃焼性能を向上させることができ、これによりＨＣ
・ＣＯの低減化、エンジンの出力性能の向上、燃費の低
減化を十分に図ることができる。

【００２１】全ての噴射燃料が、噴射激突部分に激突
することによって、うず室内での燃焼火炎で焼かれて高
温化したガス排斥具の熱を吸収できるので、うず室内で
の噴射燃料の気化を促進できる。従って、噴射燃料の気
化の遅れに起因する発火遅れ期間を短縮できて、ディー
ゼルノックの発生を有効に防止できる。

【００２２】噴射激突面部分をうず流の旋回方向に沿
って凹曲状に形成したので、噴射激突面部分をうず流の
旋回方向に沿って平面状や凸曲状に形成した場合に比べ
て、全ての噴射燃料の微細化をより図ることができる。
つまり、噴射燃料を噴射激突面部分へ激突させて反射す
る際の衝撃力によって噴射燃料の微細化が図られるが、
噴射激突面部分への噴射燃料の入射角が大きくなり過ぎ
ると、燃料の粘性によって噴射燃料が噴射激突面部分の
面方向へ滑って反射しにくくなる。特に、燃料噴射ノズ
ルの噴射軸心よりうず流の下流側に離れた噴射燃料程、
噴射激突面部分への入射角が大きくなって[図１(Ｄ)参
照]、噴射激突面部分の面方向へ滑りやすくなる。これ
に対し、噴射激突面部分をうず流の旋回方向に沿って凹
曲状に形成したことにより、上述の噴射激突面部分を平
面状や凸曲状に形成した場合よりも上記噴射軸心より離
れた噴射燃料に対しても噴射激突面部分が垂直に近づ
き、噴射激突面部分への噴射燃料の入射角が大きくなり
過ぎることが抑えられる。これにより、上述の噴射激突
面部分を平面状や凸曲状に形成した場合に比べて、上記
噴射軸心より離れた噴射燃料であっても噴射激突面部分
で反射しやすくなって、全ての噴射燃料の微細化をより
図ることができる。そのうえ、全ての噴射燃料が、ガス
排斥具の噴射激突面部分に対してうず流の上流側から斜
め方向に激突したのち、うず流の下流側に向かって微細
化しながら反射するので、その全ての噴射燃料が、うず
流の流れに逆らうことなくうず流にスムーズに巻き込ま
れる。従って、噴射燃料と空気との混合性能を高めるこ
とができ、これによりＨＣ・ＣＯの低減化、エンジンの
出力性能の向上、燃費の低減化を、一層確実なものにす
ることができる。

【００２３】全ての噴射燃料が、ガス排斥具の噴射激
突面部分に対して斜め方向から激突するので、噴射燃料
が噴射激突面部分の正面から衝突する場合に比べてガス
排斥具の熱を広い面積で吸収することができる。これに
より、噴射燃料がガス排斥具から吸収できる熱を増大さ
せることができて、うず室内での噴射燃料の気化をより
促進することができ、ディーゼルノックの発生防止を、
一層確実なものにすることができる。

【００２４】（第２発明）第２発明は、上記第１発明の
効果〜の他、次の効果を奏する。

【００２５】噴射激突面部分を、うず流の下流側に進
むにつれて溝幅が次第に広くなる前拡がりの溝状に形成
したので、噴射激突面部分で反射して飛散する噴射燃料
を噴射激突面部分の両溝壁で案内して、噴射燃料の飛散
の偏りやバラつきを防止し、噴射燃料を確実にうず流に
向けて飛散させることができる。このため、空気と噴射
燃料との混合性能を高めることができ、これにより上記
効果で述べたＨＣ・ＣＯの低減化、エンジンの出力性
能の向上、燃費の低減化を、一層確実なものにすること
ができる。

【００２６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）図１は本考案の第１実施例に係るうず室
式燃焼室を説明する図で、図１（Ａ）はうず室式燃焼室
の縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図、図１（Ｃ）は第１実施例で用いるガス排斥具の斜視
図、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図、図１
（Ｅ）は図１（Ｄ）のＥ−Ｅ線断面図である。

【００２７】図１（Ａ）において、符号５０はディーゼ
ルエンジンのうず室式燃焼室を示しており、これは次の
ようになっている。図１（Ａ）に示すように、シリンダ
ブロック１１のシリンダ１２内にピストン１３を嵌入
し、ピストン１３の上側に主燃焼室３を形成している。
シリンダブロック１１上に組み付けたシリンダヘッド１
４内にうず室１を形成しており、うず室１の上半部はシ
リンダヘッド１４の肉壁内に形成し、うず室１の下半部
はシリンダヘッド１４に嵌め込んだ噴口口金１５内に形
成している。噴口口金１５の底壁にうず室１に接線状に
連通する噴口２を形成し、この噴口２を介して主燃焼室
３にうず室１を連通させている。うず室１内には、燃料
噴射ノズル４を臨ませている。

【００２８】このうず室式燃焼室５０では、ＮＯ_Xの発
生量を低減させるため、図１（Ａ）・（Ｂ）に示すよう
に、うず室１の中央近傍内にガス排斥具５を設けてい
る。このガス排斥具５は、図１（Ｃ）に示すように、円
柱状のもので、図１（Ｂ）に示すように、噴口口金１５
と一体に形成し、うず流１０の旋回中心軸１８に沿って
横架させている。ガス排斥具５の軸心１７はうず流１０
の旋回中心軸１８と一致させている。

【００２９】また、このうず室式燃焼室５０では、噴射
燃料の微細化や拡散を促進するため、図１（Ｄ）に示す
ように、燃料噴射ノズル４の噴射軸心６をガス排斥具５
と交わる向きに向かわせ、燃料噴射ノズル４からの噴射
燃料７が、そのガス排斥具５の外周面のうちの上記噴射
軸心６との交点８付近の噴射激突面部分９に衝突し、反
射して飛散するように構成している。

【００３０】図１（Ｃ）に示すように、ガス排斥具５は
円柱体の外周面部を一部切除したもので、噴射激突面部
分９は、図１（Ｄ）に示すように、うず流１０の旋回方
向に沿って凹曲状となり、図１（Ｅ）に示すように、う
ず流１０の旋回中心軸１８又はガス排斥具５の軸心１７
方向に沿って平坦状になるようにしている。

【００３１】また、このうず室式燃焼室５０では、噴射
燃料をうず流の下流側に向かって反射させるため、図１
（Ｄ）に示すように、噴射激突面部分９に対して噴射軸
心６がうず流１０の上流側でなす角θを鋭角に設定して
いる。符号１９は前記交点８における噴射激突面部分９
の接線である。

【００３２】以下に示す第２実施例及び第３実施例は、
図２及び図３に示すように、いずれもこの第１実施例で
用いた円柱状のガス排斥具５の噴射激突面部分９の形状
のみを変化させたもので、図面には、ガス排斥具５のみ
を示す。

【００３３】（第２実施例及び第３実施例）第２実施例
及び第３実施例では、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示す
ように、第１実施例と同様、噴射激突面部分９がうず流
１０の旋回方向に沿って凹曲状となるガス排斥具を用い
る。

【００３４】図２は第２実施例で用いるガス排斥具を説
明する図である。このガス排斥具５は、図２（Ａ）に示
すように円柱体の外周面部の一部を切除したもので、噴
射激突面部分９は、図２（Ｂ）に示すように、うず流１
０の旋回方向に沿って凹曲状となり、図２（Ｃ）に示す
ように、うず流１０の旋回中心軸１８又はガス排斥具５
の軸心１７方向に沿って凹曲状となるようにしている。

【００３５】図３は第３実施例で用いるガス排斥具を説
明する図である。このガス排斥具５は、図３（Ａ）に示
すように円柱体の外周面部の一部を切除したもので、噴
射激突面部分９は、図３（Ｂ）に示すように、うず流１
０の旋回方向に沿って凹曲状となり、図３（Ｃ）に示す
ように、うず流１０の旋回中心軸１８又はガス排斥具５
の軸心１７方向に沿って凹曲状となるようにしている。
また、この噴射激突面部分９は、図３（Ｄ）に示すよう
に、うず流１０の下流側に進むにつれて溝幅が広くなる
前拡がりの溝状に形成している。

【００３６】（第４実施例）図４は第４実施例を説明す
る図である。この第４実施例は、前記第１実施例に、次
のような複数の構成要素を付加したものである。すなわ
ち、図４（Ｂ）に示すように、ガス排斥具５内に中空部
３０を形成し、ガス排斥具５の外周面下側に通路拡大用
凹入面３１と圧入空気反転案内面３２とを形成したもの
である。

【００３７】この第４実施例では、ガス排斥具５の噴射
激突面部分９の内部を中空部３０により中空状に形成し
たので、始動直後の噴射激突面部分９の昇温が速い。こ
のため、寒冷時にも速やかな発火を行わせることがで
き、これにより暖気性能を向上させることができる。

【００３８】また、うず室１内で噴口２の延長空間３３
とラップするガス排斥具５の噴口延長側周面部分に、通
路拡大用凹入面３１を形成したので、噴口２の延長空間
３３の通路断面積が広がる。このため、噴口２からうず
室１に押し込まれた空気が噴口２の延長空間３３を通過
する際の抵抗が小さくなり、これによりうず流１０の流
速が速まって噴射燃料７と空気との混合性能が高まる。

【００３９】また、通路拡大用凹入面３１からみてうず
流１０の上流側に隣接する上流側隣接周面部分に、圧入
空気反転案内面３２を形成し、この案内空気反転案内面
３２は、噴口２からうず室１に押し込まれてきた空気の
一部３４をうず流１０に逆らう方向に案内する形状に形
成したので、噴口２から押し込まれた空気の一部３４を
うず流１０に衝突させることができる。このため、うず
流１０内に微小うずを発生させることができ、これによ
り噴射燃料７と空気との混合性能を高めることができ
る。

【００４０】本発明の実施例は以上の通りであるが、こ
の発明は上記実施例に限定されるものではない。例え
ば、第４実施例で付加した構成要素の一種又は二種以上
の組み合わせを、第１実施例〜第３実施例に付加しても
よい。

【００４１】また、ガス排斥具５は柱形状のものに限ら
ず、球形その他のブロック状のものであってもよい。こ
の場合には、うず室１の周壁から突出させた支持扞等に
これを支持させておけばよい。

【００４２】また、噴射燃料７を乱反射させるため、噴
射激突面部分９の表面に凹凸条を形成してもよい。この
凹凸条は平行に形成してもよいし、格子状に形成しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案の第１実施例に係るうず室式燃焼
室を説明する図で、図１（Ａ）はうず室式燃焼室の縦断
面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図１
（Ｃ）は第１実施例で用いるガス排斥具の斜視図、図１
（Ｄ）は図１（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図、図１（Ｅ）は図
１（Ｄ）のＥ−Ｅ線断面図である。

【図２】図２は第２実施例で用いるガス排斥具を説明す
る図で、図２（Ａ）はガス排斥具の斜視図、図２（Ｂ）
は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（Ｃ）は図２
（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図３】図３は第３実施例で用いるガス排斥具を説明す
る図で、図３（Ａ）はガス排斥具の斜視図、図３（Ｂ）
は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（Ｃ）は図３
（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、図３（Ｄ）は図３（Ｂ）のＤ
方向矢視図である。

【図４】図４は第４実施例で用いるガス排斥具を説明す
る図で、図４（Ａ）はガス排斥具の斜視図、図４（Ｂ）
は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】図５は従来技術に係るうず室式燃焼室を説明す
る図で、図５（Ａ）はうず室式燃焼室の縦断面図、図５
（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１…うず室、２…１の噴口、３…主燃焼室、４…燃料噴
射ノズル、５…ガス排斥具、６…４の噴射軸心、７…噴
射燃料、８…交点、９…噴射激突面部分、１０…うず
流、θ…角。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンのうず室(１)に噴口
   (２)を接線状に連通させ、その噴口(２)を介して主燃焼
   室(３)に前記うず室(１)を連通させ、そのうず室(１)に
   燃料噴射ノズル(４)を臨ませ、そ のうず室(１)内に柱形状のガス排斥具(５)を設けたデ
   ィーゼルエンジンのうず室式燃焼室において、上記ガス排斥具(５)の軸心(１７)を、上記うず室(１)内
   でのうず流(１０)の旋回の中心軸(１８)と一致させ、 上記うず流(１０)の旋回方向に沿って凹曲状となる噴射
   激突面部分(９)を上記ガス排斥具(５)に設けて、その 噴
   射激突面部分(９)に対して上記燃料噴射ノズル(４)の噴
   射軸心(６)が上記うず流(１０)の上流側でなす角(θ)を
   鋭角に設定し、 上記燃料噴射ノズル(４)から噴射された全ての噴射燃料
   (７)が上記噴射激突面部分(９)に激突するように構成し
   た、 ことを特徴とするディーゼルエンジンのうず室式燃焼
   室。
2. 【請求項２】 前記噴射激突面部分(９)を、前記うず流
   (１０)の下流側に進むにつれて溝幅が次第に広くなる前
   拡がりの溝状に形成した、ことを特徴とする請求項１に
   記載のディーゼルエンジンのうず室式燃焼室。