JPH0331515A

JPH0331515A - 可変噴孔式ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JPH0331515A
Application number: JP16490489A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nishimura; 西村　利文
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1991-02-12

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、可変噴孔式ディーゼルエンジンに関する。

（従来の技術）従来の可変噴孔式ディーゼルエンジンとしては、例えば
第８図に示すようなものがある、（特開昭５３−１３０
１１号公報参照）。

すなわち、シリンダヘッド！には、主燃焼室２のほかに
副燃焼室として、燃料噴射弁３が臨む渦流室４が設けら
れている。また、ピストン５にはその頂面５ａから渦流
室４に向けてくさび状に突出する突起６が形成されてい
る。

そして、圧縮行程の前半では、渦流室４は口金７を介し
て大きく開口して、主燃焼室２から渦流室４に流入する
空気流に対する絞り損失をほとんどなくし、圧縮行程の
後半では、ピストン５が上死点に近づくにしたがって、
突起６が口金７に嵌合することにより、突起６と口金７
とにより画成される連絡孔（噴孔）８の通路面積が徐々
に絞られ、渦流室４にて生起される渦流（スワール）の
流速を高めるようになっている。

上死点付近で、燃料噴射弁３から燃料が噴射され、噴射
された燃料は渦流により渦流室４の空気と混合し、燃料
噴霧の微粒化と蒸発を経て自着火により燃焼を開始する
。この渦流室４での燃焼開始に伴い、火炎噴流と一部の
未燃焼料とが噴孔８を通って主燃焼室２へと噴出し、主
燃焼室２の空気と混合して燃焼する。

（発明が解決しようとする課Ｍ）しかしながら、このような従来の可変噴孔式ディーゼル
エンジンにあっては、ピストン上面に突起を設け、この
突起がピストンと同時に上下動して噴口面積を変えて燃
焼を制御するようにしていたので、上死点時が最小噴孔
面積となっていた。

このため渦流室と主燃焼室との圧力差が大きい期間に噴
口部が過度に絞られるため、ガスの流動損失が増大する
。また、火炎ジェットの噴出速度が高すぎるため、主燃
焼室の上面部に火炎が均一に広がらず、空気利用率の悪
化によるトルク低下や未燃ＨＣが多量に排出されてしま
うことがあるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、渦流室へ流入する空
気のスワール強さや、渦流室から主燃焼室へ噴出する燃
焼ガスの流速を最適に制御して拡散燃焼を良好にした可
変噴孔式ディーゼルエンジンを提供しようとするもので
ある。

（課題を解決するための手段）このため本発明は、シリンダヘッドに主燃焼室と連通し
且つ燃料噴射弁が臨む渦流室を形成したディーゼルエン
ジンにおいて、エンジン回転に同期して前記主燃焼室と
渦流室とを連通ずる噴孔通路の面積を変え圧縮上死点前
において噴孔通路面積を最小とする噴孔通路面積可変手
段を設けた。

（作用）噴孔通路面積がエンジン回転に同期して増減し、圧縮上
死点前において最小となるように制御される。

従って、渦流室へ流入する空気のスワール強さや渦流室
から主燃焼室へ噴出する燃焼ガスの流速が最適に制御さ
れ、拡散燃焼が良好となる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。第１図は、本
発明の第１実施例を示す図である。

まず構成を説明する。なお従来例と同一構成部分には同
一の符号を付してその詳しい説明は省略する。

渦流室４はシリンダヘッドｌに断面略球形に形成され、
主燃焼室２の縁部付近に配置されている。

渦流室４の下部には傾斜した噴孔８を有するステンレス
製のホットプラグ（口金）７が配置されている。

スワール弁９は閉弁位置（第１図はこの状態を示す）で
噴口８の壁面との間に例えば！、５ｕ程度の所定の間隙
Ｔをもって対峙するバルブヘッド９ａと、バルブガイド
１１に摺接するステム部９ｂと、バルブガイド１１から
突出する上部に形成されるネジ部９ｃを有する。

バルブヘッド９ａは噴口８より０．３ｘｍ程度小さく形
成されており自由に噴口８内を上下することができる。

またバルブガイド１１は、シリンダヘッド１１こ圧入後
その内径がスワール弁のステム部９ｂの外径より１０〜
３０μｍ程度大きく精密加工されてステム部９ｂを摺動
自在に挿通させている。また、スワール弁９はフォーク
１２に固定され、フォーク１２はカムシャフト１３に形
成された偏心カム１４を挟むようにして摺接している。

スワール弁９はカムシャフト１３の軸心口を中心に回転
する偏差カム１４に従動し、カムシャフト１３の回転に
応じ上下動する。なお弁リフト量は偏心カム１４のカム
シャフト１３との偏心１ｔ（１で規定される。

またフォークＩ２の前後位置には第２図の如く偏心カム
１４の前後両側から環状に突出するフランジＩ５がフラ
ンジＩ２と若干のクリアランスを持って設けられフォー
ク１２が前後方向にぶれないようにしている。なお、カ
ムシャフトＩ３には偏心カムＩ４の前後に吸気弁を駆動
するカム１６と排気弁を駆動するカム１７が形成され、
カム１６．１７から所定の間隔をもってジャーナル部１
８が形成されている。

第３図は、スワール弁９が上昇した最大通路面積の状態
を示す。スワール弁のヘッド部９ａと通路壁１９とは、
第１図の閉弁状態同様に平行になっている。すなわち噴
孔通路を形成するヘッド部９ａと通路壁１ａとは常に平
行状態にあるので渦流室への空気の流入及び渦流室から
の活性化ガスの流出はスムースに流れ渦流室内でのスワ
ールの発生、主燃焼室内への燃焼ガスの拡散が効率的に
行われる。

参考に、シリンダヘッド１を下より見た図を第４図に示
す。噴孔８は主燃焼室２への火炎伝播を考慮した形状に
形成されている。なお２０は吸気孔、２１は排気孔であ
る。

次に作用を説明する。スワール弁９はエンジン回転に同
期し、カムシャフト１３に形成された偏心カムＩ４の回
転に従動して上下動し噴口８の面積を変える。

圧縮行程の前期においては、スワール弁９は上昇してい
るため、噴口８の面積は大きく、絞り損失は少ない。圧
縮行程の後期、圧縮上死点前クランク角５°から３０°
の範囲内の所定角度においてスワール弁９が第１図に図
示した状態に下向し最小断面積となる。従って、渦流室
４へ流入する空気の流入速度が高まるため、燃料噴射開
始時期をこのタイミング近傍とすれば、渦流室４内に噴
射された燃料は効率良く微粒化し混合される。そのため
、ＣＯ，ＨＣまたスモークの生成が抑制され、しかも出
力を増大できる。

また、主燃焼室２へ噴出する渦流室４で燃焼中の活性化
ガスの火炎ジェットが増速するため、主燃焼室２の空気
と充分に混合し完全燃焼する。そのため、空気利用率が
向上するので出力が向上する。

しかも、その後スワール弁９が徐々に上昇するため、噴
口面積が燃焼とともに拡大され燃焼ガスがスムースに移
動してピストンを効率良く押し下げる。このため噴孔８
による絞り損失が低減し、また燃費も向上できる。

偏心カム１４は吸・排気弁を駆動するカムシャフト１３
と一体に形成されているので、クランクシャフトと同期
してフォーク１２やスワール弁９が上下動する。この際
、偏心カム１４をフォーク１２で挟み摺接させる構造と
なっているので、スプリング等を必要とせず、構造簡単
にして、しかも機械的な摩擦損失も少ない。また、偏心
カムＩ４が回転すると、偏心カム１４がフォーク１２の
アッパホロワ１２ａの下面を押し上げるためフォーク１
２が上昇するが、スワール弁９のステム部９ｂがバルブ
ガイド１１に挿入摺接しているのでフォーク１２はスワ
ール弁９と同軸方向に上下する。

スワール弁９の上下動のタイミングは渦流室４の大きさ
や燃料の噴射タイミングと調和させて決定する。そして
、−数的には、燃焼ガスの噴き出し損失を低減する目的
で、噴孔８を絞ったときに燃料を噴射すると良い結果が
得られる。

また、渦流室４内にスワール弁のステム部９ｂが存在す
るが、ステム部９ｂの損失分だけ、噴孔８を多く絞れば
渦流室４のスワールは、ステム部９ｂのために弱まるこ
とはない。

第５図〜６図には、本発明の第２実施例を示す。

この実施例は、スワール弁の駆動を専用のカムで行うよ
うにしたもので、カム形状を工夫することで所望の動き
をスワール弁に与えることができる。

カムシャフト夏３は図示しないクランクシャフトの１７
２で回転する。

スワール弁９の頭部に溝２３を設はコレット２４にてス
プリングリテーナ２５を固定している。

そして、スプリングリテーナ２５とシリンダヘッドｌと
の間にスプリング２６を介装し、スワール弁９を上方へ
付勢している。ローラリフタ２７はカップ状のボディ２
８と該ボディを貫通するピン２９と該ピン２９を挿入し
たローラ３ｏとにより構成されている。スワール弁９の
押し上げ力はボディ２８．ピン２９．ローラ３ｏと伝わ
る。そして、ローラ３０と専用カム２２とは常に接触し
た状態で回転しているので、カム２２のカムノーズ２２
ａが下側に回転するとローラ３ｏは回転しながら下降す
る。そのためスワール弁９も下降し噴口８の面積が縮小
される。

更にカム２２が回転するとカム形状に合わせて、ローラ
３０が上昇するためスワール弁も上昇し噴口８の通路面
積が拡大される。本実施例においては、スワール弁９の
リフトは３〜４ｘｘ、開閉角はクランク角で４０゛〜５
０６程度、リフト特性は対称でも良いが上昇側（第６図
下部）を高加速度にした方が燃費の低減やＮＯｘの抑制
に効果がある。

本実施例は、前記した第１実施例より部品点数は増加す
るが、弁リフトカーブを自由に設計できるので、いかな
るエンジン特性にもマツチングさせることができる。ま
た、最小絞りの噴口面積比を０．０５％まで絞っても燃
費の優位性は変わらない。

第７図には、各クランクの角に対応した噴孔面積比の変
化を比較して示す。

噴孔８の面積は燃料の噴射開始付近において最小となる
ようにセットされており、着火時の燃焼をスワールにて
改善している。そして、主燃焼時には噴孔８の面積を大
きくして絞り損失低減とＮＯｘ発生を抑制す。

従来例が上死点において噴孔面積比か最小になっている
のに対して、本願においては圧縮上死点前において最小
となっている。

また、第１実施例は、エンジン回転に伴って噴孔面積比
が緩やかに変化するのに対して、第２実施例は専用カム
２２を使用することによって急激な変化を持たせ、圧縮
時の押込み渦流と主燃焼室への噴出速度をより最適に制
御している。

（発明の効果）以上説明してきたように構成されているので、本発明に
よれば以下に記載する効果を奏する。

渦流室内での燃料の混合や微粒化が必要なときには、最
適スワールが発生するので、渦流室内での燃焼が向上す
る。

また、主燃焼室へ燃焼ガスが噴き出ず時も最適に調速さ
れた火炎ジェットが噴出するので、主燃焼室のすみずみ
まで空気と良く混合し、排気エミッションの低減と高出
力化が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は同
じく平面図、第３図は同じく噴孔最大面積状態を示す説
明図、第４図は同じくシリンダヘッドを下面より見た図
、第５図は本発明の第２実施例を示す断面図、第６図は
第５図のＡ−Ａ断面図、第７図は各クランク角に応じた
噴孔面積比を示す図、第８図は従来例を示す断面図であ
る。１・・・シリンダヘッド、２・・主燃焼室、３・・噴射
弁、４・・・渦流室、７・・・口金、８・・・噴孔、９
・・・スワール弁、９ａ・・・ヘッド部、９ｂ・・・ス
テム部、９Ｃ・・ネジ部、ＩＩ・・・バルブガイド、１
２・・・フォーク、Ｉ３・・・カムンヤフト、１４・・
・偏心カム、２２・・・専用カム、２６・・・スプリン
グ、２７・・・ローラリフタ、２日・・・ボディ、２９
・・・ビン、３０・・・ローラ。第３図第４図０９・−−−−スワーノシ升第５図 μｍＡ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリンダヘッドに主燃焼室と連通し、且つ燃料噴
射弁が臨む渦流室を形成したディーゼルエンジンにおい
て、エンジン回転に同期して前記主燃焼室と渦流室とを
連通する噴孔の通路面積を変え圧縮上死点前において噴
孔通路面積を最小とする噴孔通路面積可変手段を設けた
ことを特徴とする可変噴孔式ディーゼルエンジン。