JPH02108814A - ディーゼル機関 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は活性化室を備えたディーゼル機関の改良に関す
る。

（従来の技術） ディーゼル機関の燃焼を改善する一つの方策として、燃
焼室の上部に燃料の活性化室を備えたものが知られてい
る（昭和６２年７月　日刊工業新聞社発行ｒＴｒｉＢｅ
ｒＪ誌７月号第５０−５１頁を参照）。

これを第７図に基づいて説明すると、１はシリンダヘッ
ド、２はシリンダ、３はピストン、４は燃焼室である。

シリンダへラド１には、燃焼室４に開口する活性化室５
が形成されると共に、活性化室５には燃焼室４との開口
部８を開閉する仕切弁（スキッシュ弁）６と、活性化室
５に燃料を噴射供給する燃料噴射弁７とが設けられてい
る。

開口部８は仕切弁６によって緩く閉じられ、その周囲に
は間隙通路８ａが形成されており、仕切弁６が図示の閉
弁位置にあっても燃焼室４と活性化室５とは連通状態に
保たれている。

ピストン３が上昇する圧縮行程で仕切弁６は閉じている
が、間隙通路８＆によりシリンダ２内の圧縮空気の一部
は燃焼室４がら活性化室５へと流入する。圧縮行程の後
半で燃料噴射弁７がら噴射された燃料は、高温の活性化
室５で部分的な熱分解が進み、非常に着火しやすい状態
にまで活性化される。

圧縮上死点付近で仕切弁６が急速に上方へ移動すると、
活性化された燃料は燃焼室４の高温空気と接触して着火
し、これにより燃焼が開始される。

膨張行程では、活性化室５の活性化燃料を含むガスが順
次燃焼室４へと流出し、未利用空気と接触しつつ拡散的
に燃焼していく。

このようにして、活性化室５を備えたディーゼル機関で
は滑らかな燃焼が得られるので、他の形式のディーゼル
機関においで一般に問題となる燃焼騒音やＮＯｘの発生
が少なく、また燃料が活性化室５において予め分解およ
び空気と混合されているので黒煙の発生も回避できる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、活性化室５での燃料の活性化が均質的に行わ
れるほど燃焼の安定性は向上するのであり、このために
は活性化室５において、噴射燃料の微粒化や蒸発、さら
には空気との混合を短時間のうちに十分に保進する必要
がある。

活性化室５での燃料と空気との混合は、間隙通路８ａを
通して流入する空気のもつ流動エネルギに依存する部分
が大きく、このため、仕切弁６の周囲の間隙通路８ａを
絞り込み、空気流動の強化を図っているのであるが、空
気流動には載設があり、圧縮行程中に生じる絞り損失が
大きくなるにもかかわらず、燃料の微粒化や空気との混
合は必ずしも十分とは言えない。

また機関の負荷が変化しても吸入空気量は一定であるた
め、燃料噴射量のすくない部分負荷域では活性化室５で
の燃料と空気の比率（空燃比）が可燃範囲に入ってしま
い、仕切弁６が開く前に活性化室５で着火することがあ
り、この場合には騒音と共にスモークの発生量が増大し
、仕切弁６の耐久性にも悪影響を及ぼす。

本発明はこのような問題に着目しでなされたもので、活
性化室での燃料の微粒化、蒸発さらには空気との混合作
用を高め、燃料の活性化を改善する一方で、部分負荷域
での早期着火を防止し、安定した燃焼特性を維持するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、燃焼室に開口する活性化室をシリング
ヘッドに形成し、この活性化室の開口部をｒＭｍする仕
切弁を設けると共に、活性化室に燃料を噴射する燃料噴
射弁を備えたディーゼル機関において、前記仕切弁は圧
縮上死点近傍でのみシート部に着座して閉弁させる一方
、燃料噴射弁がらの噴射燃料を活性化室に導くスロート
通路の途中に燃焼室と連通する空気導入孔を接続し、さ
らに吸気通路に機関部分負荷域で開度を減少する吸気絞
弁を設けた。

（作用） 燃焼室の空気は圧縮行程の後半で仕切弁が閉しると、空
気導入孔より活性化室へと押し込まれる。

空気導入孔からスロート通路に押し込まれた空気流は燃
料噴射弁からの燃料噴霧と衝突しながら加速していき、
これにより燃料の微粒化や蒸発が活発に行なわれる。

そしてこの燃料噴霧は活性化室のスクールに乗って空気
と接触しながらの部分酸化反応を経て活性化されていく
。

一方、燃料噴射量の少ない部分負荷域では吸入空気量が
減少し、活性化室の空燃比を過濃な状態に維持するため
、仕切弁が開く前の燃料の着火を防止することができ、
燃焼の安定化がはがれる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお
、ｖｉ７図と実質的に同一の部分には同一の符号を付す
ことにする。

第１の実施例を示す！Ｊ１ｒＪ！Ｊ及び第２図において
、１はシリンダヘッド、２はシリング、３はピストン、
４は燃焼室、５は活性化室、６は仕り弁、７は燃料噴射
弁である。

燃焼室４と活性化室５とを連絡する開口部８を開閉する
仕切弁６は、閉弁時にシート部１２に着座し、仕切弁６
の周囲からの空気の漏れを遮断する。この仕切弁６は、
活性化室５に燃料が噴射される圧縮上死点付近でのみ下
方にリフトしで、開口部８を閉じるように構成されてい
る。

なお、縦断面が楕円形状の活性化室５は、その横断面（
平面）の形状が円形に形成されており、その中心に仕切
弁６が配置されている。

前記燃料噴射弁７は活性化室５の横断面の中心から外れ
た位置にほぼ水平に設けられる共に、燃料がその接線方
向に噴射されるようにスロート通路９が形成される。そ
してこのスロート通路９の途中には、燃焼室４と連通ず
る空気導入孔１０が接続し、噴射燃料に空気噴流を衝突
させながら流速を高める。

また、スロート通路９が開口する位置より、はぼ１／４
周だけ時計回り方向に進めたところに位置して活性化室
５の壁面には、やはり接線方向に軸線が延びる空気供給
孔１１が開口する。この空気供給孔１１の他端は燃焼室
４と連通している。

一方、第３図に示すように、機関の吸気通路１５には図
示しない吸気弁の上流に位置して、吸気絞弁１６が介装
される。この吸気絞弁１６はコントローラ１８からの信
号で駆動されるアクチュエータ１７を介して、１１４４
図に示すように開度が制御される。

つまり、吸気絞弁１６は機関の部分負荷域において開度
が制御され、負荷が小さいときほど開度が減少する。そ
して部分負荷域から外れて負荷が大きくなると、全開状
態に保持される。

なお、コントローラ１８にはエンジン回転数やアクセル
開度等の信号が入力し、コントローラ１８はこれらに基
づいて上記のように吸気絞弁１６の開度を制御する。

以上のように構成されており、次に作用について説明す
る。

機関の圧縮行程では、ピストン３の上昇によってシリン
ダ２内で圧縮された空気は、仕切弁６が開いている間は
、はとんどが開口部８を通って活性化室５に流入する。

圧縮行程の終期において仕切弁６が下降して間口部８を
閉じると、燃焼室４と活性化室５をっなぐ流路は、空気
導入孔１０と空気供給孔１１とに絞られるため、これら
を通って活性化室５に流入する空気流速は急激に増大す
る。そして、この時期と一致するように燃料噴射弁７か
らは活性化室５に燃料が噴射される。

このため、噴射燃料はスロート通路９を通過するときに
空気導入孔１０から流れ込む高速空気流と激しく混合し
ながら流速を高めていき、これに伴い燃料の微粒化や蒸
発が活発に行なわれる。

空気供給孔１１から活性化室５の内周面に沿って流入す
る高速空気流は、活性化室５内に強力なスワールを生起
する。したがって前記スロート通路９から活性化室５に
噴出する燃料噴霧は、このスクールに乗って高温の空気
と十分に混合しながら、部分酸化反応を経て短時間のう
ちに非常に燃焼しやすい状態へと活性化される。

なお、活性化室５でのスワールは、スロート通路９から
活性化室内周面に沿って噴出する空気と燃料との混合気
によっても生成が助長される。

そしてほぼ燃料噴射が終了する上死点近傍で仕切弁６が
急速に上昇することにより、活性化された燃料は活性化
室５から燃焼室４へと激しく押し出され、燃焼室４の高
温空気と接触して着火、燃焼が開始される。

膨張行程では、活性化室５内の活性化燃料を含む〃スが
順次燃焼室４へと流出し、未利用空気と接触して拡散的
に燃焼が進み、円滑で安定した燃焼特性が得られるので
ある。

この結果、初期熱発生率を低減して燃焼騒音を抑制する
とともに、燃焼期間を短縮して燃焼効率を高め、さらに
未燃燃焼成分の排出を低減できる。

一方、燃料噴射弁７がらの燃料噴射量が少ない部分負荷
域においては、コントローラ１８により吸気絞弁１６の
開度が、負荷値に応じて小さくなり、吸入空気１が減じ
られる。このため、部分負荷域では活性化室５に流入す
る空気量も相対的に減少し、燃料噴射量が少なくなって
も、燃料と空気の比率は、燃料過濃な状態に保持され、
仕切弁６が開く前に着火を起こすようなことが確実に回
避される。

燃料噴射量が減っても空気量がそのままだと、空燃比が
一時的に可燃範囲にはいってしまい、仕切弁６が開かな
いうちから活性化室５で着火することがあり、この場合
には燃焼騒音が大きくなり、空気利用率も低いためにス
モークの発生量も増加し、さらには仕切弁６に高圧が作
用して耐久性を着しく阻害するが、本発明ではこのよう
な現象を確実に防止することができるのである。

なお、機関負荷が大きくなれば、吸気絞弁１６は全開す
るので、従来と同様に燃焼室４には必要十分な量の空気
が吸入される。

次にｊｊｌ’ｇ５図、第６図の実施例を説明すると、こ
れは前記空気導入孔１０と空気供給孔１１の途中に逆止
弁１３を設け、活性化室５から燃焼室４へ活性気が逆流
しないようにしたものである。

逆止弁１３は弁体１３Ａがスプリング１３Ｂによりシー
）１３Ｃに押し付けられており、燃焼室４から活性化室
５への空気の流入は許容するが、その逆方向への流れは
阻止する。

したがって、圧縮上死点付近で燃料が噴射されることに
より、活性化室５で生成された活性気は逆止弁１３があ
るため、空気導入孔１０や空気供給孔１１を逆流して燃
焼室４に流れず、これにより活性化室５の仕切弁６の上
昇によってのみ着火を制御することができ、より一層安
定した燃焼特性が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、燃料噴射弁からの
噴射燃料がスロート通路を通過するときに、空気導入孔
から押し込まれる空気噴流と合流しながら加速され、燃
料の微粒化や蒸発が促進され、さらに活性化室に生起さ
れるスワールにより燃料と空気の混合を改善して短時間
のうちに燃料を均一的に活性化し、より一層の燃焼の改
善をはかることができる一方、機関の部分負荷域では吸
入空気量を減らして活性化室での空燃比を過濃状態に維
持し、早期着火を防止して、騒音やスモークの発生を抑
え、かつ仕切弁の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

ｆＩＳ１図は本発明のｔｐＪｌの実施例を示す縦断面図
、１２図は同じく活性化室の平面図、第３図は吸気通路
の構成図、第４図は吸気絞弁の開閉特性を示す説明図、
第５図は第２実施例の断面図、第６図は逆止弁の断面図
である。第７図は従来例の断面図である。 １・・・シリンダヘッド、２・・・シリンダ、３・・・
ピストン、・ｔ・・・燃焼室、５・・・活性化室、６・
・・仕切弁、７・・燃料噴射弁、８・・・開口部、９・
・・スロート通路、１０・・・空気導入孔、１１・・・
空気供給孔。 特徴出願人　　　　　日産自動車株式会社第　１　内 ５−・活性化室 第 図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室に開口する活性化室をシリンダヘッドに形成し、
   この活性化室の開口部を開閉する仕切弁を設けると共に
   、活性化室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたディー
   ゼル機関において、前記仕切弁は圧縮上死点近傍でのみ
   シート部に着座して閉弁させる一方、燃料噴射弁からの
   噴射燃料を活性化室に導くスロート通路の途中に燃焼室
   と連通する空気導入孔を接続し、さらに吸気通路に機関
   部分負荷域で開度を減少する吸気絞弁を設けたことを特
   徴とするディーゼル機関。