JPH0421009Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はデイーゼル機関、特に側方噴射式（中
央噴射に対して）デイーゼル機関の燃料噴射弁に
関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の機関の燃焼室を第６図に示す。
図において、０１は燃焼室で、シリンダヘツド０
１ａの内面とシリンダ０１ｂの内周面及びピスト
ン０２の頂面で囲まれた空間である。０３は排気
弁、０４は燃料噴射弁、０５は燃料噴霧を示す。
第７図は第６図の−矢視図で、第６図の噴霧
０５は３個の噴霧０６，０７，０８で形成されて
いる。第８図は上記燃料噴射弁０４の先端部の噴
孔を示す説明図で、噴孔０９は燃焼室外周壁に近
い噴霧０６を形成し、噴孔１１は燃焼室中央側に
噴霧０８を形成し、噴孔１０は上記噴孔０９，１
１の中間に噴霧０７を形成する。

上記構成において、ピストン０２の上昇により
燃焼室０１内の空気は圧縮され高温高圧となり、
上死点近傍で燃料噴射弁０４より燃料が噴射され
て、第７図に３噴孔の場合を示すように燃料噴霧
０６〜０８を形成する。これらの噴霧はできるだ
け燃焼室内の全領域の空気を利用できるように形
成されることが要求される。これらの燃料噴霧は
中央噴射式機関の場合と比べて、比較的強い渦流
によつて、(1)噴霧の展開、分散及び空気との混合
及び(2)自己着火後の燃焼ガスの吹き払いと未燃燃
料部への新気の供給、混合（燃焼率の維持と燃え
切りの良さのため）が得られるように期待されて
いる。つまり、これを期するために、燃料噴霧の
軌跡等がスワール強度によりいかに影響を受ける
のか検討されて、実際に燃焼室に燃料を噴射する
ための噴孔仕様（噴孔径、噴孔角度等）が決定さ
れている。第７図には３噴孔ノズルの従来例の１
つで、隣同志の噴孔角度の差θ_cpが燃料噴霧円錐
角度θ_spと比べて小さい場合で、その時の燃料噴
霧の軌跡を模式的に示している。第９図には同じ
く３噴孔ノズルの場合であるが、この場合には隣
同志の噴孔角度の差θ_cpが燃料噴霧円錐角θ_spと比
べて大きくとつた例を示している。第１０図には
４噴孔ノズルの場合を示す。この場合、第１噴孔
の噴霧２９と第２噴孔の噴霧２８とは噴孔角度差
θ_cpが燃料噴霧円錐角θ_spより小さくしているため
合体噴霧となつている。同じく第３噴孔の噴霧２
７と第４噴孔の噴霧２６とは合体噴霧となつてい
る。

以上のように燃料噴射弁１個につき噴孔数３の
場合と４の場合の実施例を示したが、これらはシ
リンダ径が比較的小さく、スワール強度が比較的
大きい場合などは、比較的良好な燃焼特性を示
し、燃え切りもよく、また燃焼室壁温度も十分満
足のいくものであつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしさらに機関出力を増大させた場合や、さ
らに大きなシリンダ機関になつた場合、噴射圧力
が同等のままであれば、噴射機関を同等にするた
めには噴孔径が大きくなつてくる。

噴孔径が増大することの不具合は、次式(1)〜(3)
に示すように、(1)噴霧の到達距離が大きくなるこ
と、つまりオーバペネトレーシヨンの傾向をもつ
こと、また(2)噴霧の平均粒径が増大してしまうこ
と、つまり所定の燃料の蒸発速度が得られなくな
つてしまい、結局燃焼特性を悪化させてしまうこ
とである。

(1)のオーバペネトレーシヨンに対しては空気密
度γ_aをアツプすることである程度対応できるけれ
ども、これはサイクル論的には、燃費省エネに対
しては逆行することになる。また、(2)において、
特に粗悪油に対しては噴孔径が小さいことが微粒
化特性を上げるうえで有効である。

Ｓ＝k₁√_p・_o（γ_f／γ_a）〓・√ …(1) θ_sp＝tan^-1〔k₂（γ_a／γ_f）〓〕 …(2) ただし Ｓ：噴霧の到達距離， θ_sp：噴霧の円錐角， ：噴霧の平均粒度 k₁〜k₃，α，β：定数， υ_p：噴霧初速度 d_o：噴孔径， γ_f：燃料の比重量， γ_a：空気の比重量， ｔ：噴出始めからの経過時間， σ：燃料の表面張力， μ：燃料の粘性係数， ｇ：重力加速度。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の目的は粗悪油化の進む中で燃費低減
と、燃焼室の熱負荷増大を伴うことなく出力アツ
プを実現できる燃料噴射弁を提供することであ
り、その特徴とするところは、燃焼室に臨むシリ
ンダヘツドの周辺部に複数個の燃料噴射弁を設け
ると共に燃焼室に空気渦流が形成される側方噴射
式デイーゼル機関において、上記燃料噴射弁の噴
孔数を６孔とし、同噴孔の３孔ずつをそれぞれ合
体噴霧の円錐角θ_cが7°θ_c12°になるように配置
し、かつ二つの噴霧群の中心角度θ_pが30°θ_p
38°となるように形成したことである。

〔作用〕

この場合は３つの噴霧を合体させ２つの噴霧群
を形成することで、各噴霧群のまわりに必要十分
な空気ゾーンを設定することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本考案による実施例につき
説明する。

第１図より第３図まではそれぞれ本考案による
第１、第２、第３実施例の噴孔及び噴霧状態を示
す。各図は平均偏角（θ_CHn、Ｃ：燃焼室、Ｈ：水
平、ｍ：平均）に垂直な断面で第４図の−矢
視図の右半分で、各噴霧はスワールの影響を無視
した時の状態、位置を示している。つまり−
断面まで噴霧が直進した時の位置を示している。
なお、噴霧番号は〜で示し、噴孔番号は１〜
６で示す。

第１図〜第３図での噴霧円錐角θ_sp、噴霧群円
錐角（Cone angle）θ_c及び噴霧群中心角度θ_pがそ
れぞれθ_sp15°、θ_c11°、θ_p35°で、すべて同
じ
例であるが、噴霧群を形成するそれぞれの噴霧の
位置が異なる例を示している。

第１図ａの場合は、噴霧群同志が面と向い合つ
ている方の２つの噴霧が上下それぞれの位置を占
めている。

第２図ａの場合は、２つの噴霧群とも燃焼室中
心よりの２つの噴霧が上下それぞれの位置を占め
ている。

第３図ａの場合は、２つの噴霧群とも下２つの
噴霧が水平位置になつている。

また、各図ｂには噴孔番号に対応してノズル先
端の穴明け位置を合せて図示している。

上記構成の場合の作用について述べる。

噴孔数を増加することにより噴孔径を小さくで
きるので、出力増大や機関の大型化による燃料噴
霧の平均粒径の増大を防止できる。

噴孔径が小さくなることによる噴霧の貫徹力の
減少化は噴霧を合体させることにより所定の貫徹
力を設定できる。

６つの噴霧を２つずつ合体させ、３つの噴霧群
を作るのではなく、３つの噴霧を合体させ、２つ
の噴霧群を形成することにより、噴霧群のまわり
に必要十分な空気ゾーンを設定することができ
る。３つの噴霧群にすると、第９図の３噴孔の例
によるように、中心の噴霧は両隣りの噴霧との間
に燃焼時の干渉をさけるだけの十分な空気ゾーン
を設けることが困難となるし、いずれにしても中
心の噴霧は両隣りの噴霧と比較して空気の導入に
おいて不利でありアンバランスが生ずる。この
分、燃料全体として空気の利用率といつた面で見
ると始めからこの点不利である。

これに対し噴霧群を２つにすることは、どの噴
霧を見ても空気と接する割合が同じである。特に
このことは、噴射始めの燃料噴霧の噴出速度が早
い間（400m／ｓ〜700m／ｓ）は速度が40m／ｓ
〜50m／ｓ程度のスワールの影響は小さく、噴霧
の霧化、分散は主体的に燃料の噴出エネルギによ
るので、噴霧から観た均等性は大事である。つぎ
に、噴霧群間に必要十分な空気空間を設けるのは
（30°θ_p38°）、燃料噴霧の速度が落ちてくる所
や、燃料の蒸発が進みスワールの影響を大きく受
ける到達距離が十分に延びた領域では、スワール
により、蒸発した燃料がスワールの下流側へ流
れ、もし噴霧群間に十分な空間がない場合、燃料
が着火した後互いに燃焼を干渉しあつてしまう。
また、引続いての主燃焼期間においても、噴霧中
心部（コア）からの燃料の蒸発、混合そして燃焼
はスワールの影響を受けながら続行する。火炎は
スワール下流側に発達し、燃焼ガスはスワール下
流へと流される。そして、最後にこの燃焼がすみ
やかに（燃え切りの良い燃焼）終了するために
は、一つの噴霧群から発生した燃焼ガスが、この
燃焼期間中に他の噴霧群にかからないようにする
ことが大事である。このためにも噴霧群間には必
要十分な空間を設定することが必要である。勿
論、大きすぎると、空気利用率が低下することに
なる。

第５図に、第１図に示す燃料弁噴孔仕様の際の
燃料噴霧の燃焼室内での分散状況をスワールの影
響も加味して、模式的に示している。

〔考案の効果〕

上述の場合には次の効果がある。

噴孔径を絞ることにより粗悪重油に対しては良
好な微粒化特性をもたらし、また出力増大に対し
ても噴孔径を増大するよりはかえつて噴孔径を絞
ることができる（出力アツプ率が６穴／４穴＝
１・５、50％を超えない範囲）ので、良好な燃焼
特性（微粒化特性向上による燃料の蒸発速度アツ
プによる）を実現できる。

また、合体噴霧の円錐角度θ_cの制御により必要
な貫徹力を設定することができる。そして噴霧群
間に所定の空気空間を設定することにより、噴霧
群間の燃焼干渉を避けることができる。

以上により、粗悪重油に対しても、機関出力ア
ツプに対しても、燃焼特性を良好にすることによ
り、噴霧火炎のオーバペネトレーシヨンを防ぐこ
とができる。かつまた、所定燃焼率を維持し、最
後に燃え切りの良い燃焼を可能にすることができ
るので、後燃え増加による噴霧火炎の増長を防止
できる。よつて、ピストン焼損等燃焼室熱負荷増
大を防止できる。

また以上のごとくオーバペネトレーシヨンがな
いことは、ヒートロスが少なく、燃焼室壁付近で
のクエンチングが少なく、それによるスートの発
生も少ない。そして燃えの良い（燃焼干渉がな
く、後燃えが小さい）燃焼を達成することができ
るということは所定のサイクルを実現することが
でき、サイクル的に燃費低減に結びつけることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本考案による１実施例の噴霧の状態
を示す説明図、第１図ｂは第１図ａの噴霧に対応
する噴孔を示す説明図、第２図ａは本考案による
他の実施例の噴霧の状態を示す説明図、第２図ｂ
は第２図ａの噴霧に対応する噴孔を示す説明図、
第３図ａは本考案によるさらに他の実施例の噴霧
の状態を示す説明図、第３図ｂは第３図ａの噴霧
に対応する噴孔を示す説明図、第４図は各噴霧が
−矢視断面まで直進した時の位置を示す説明
図、第５図は第１図の燃料噴霧の燃焼室内での分
散状況をスワールの影響も加味して模式的に示し
た説明図、第６図は従来の側方噴射式デイーゼル
機関の燃焼室を示す説明図、第７図は第６図の
−矢視図で、３噴孔ノズルの従来例の１つで、
燃料噴霧の軌跡を模式的に示した説明図、第８図
は第６図の燃料噴射弁の先端部の噴孔を示す説明
図、第９図は同じく３噴孔の従来例の１つで、燃
料噴霧の軌跡を模式的に示した説明図、第１０図
は同じく４噴孔の従来例の１つで、燃料噴霧の軌
跡を模式的に示した説明図である。 Ａ……ノズル先端部、〜……噴霧番号、１
〜６……噴孔番号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃焼室に臨むシリンダヘツドの周辺部に複数個
   の燃料噴射弁を設けると共に燃焼室に空気渦流が
   形成される側方噴射式デイーゼル機関において、
   上記燃料噴射弁の噴孔数を６孔とし、同噴孔の３
   孔ずつをそれぞれ合体噴霧の円錐角θ_cが7°θ_c
   12°になるように配置し、かつ二つの噴霧群の中
   心角度θ_pが30°θ_p38°となるように形成したこ
   とを特徴とするデイーゼル機関の燃料噴射弁。