JPH0435576Y2

JPH0435576Y2 -

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Publication number: JPH0435576Y2
Application number: JP1985116497U
Authority: JP
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1992-08-24
Also published as: JPS6226562U

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に関する。

［従来の技術］一般に、燃焼特性の向上及び機関騒音低減化を
図つた内燃機関の燃料噴射装置としては、次のよ
うなものが知られている。

第１例としては第６図，第７図に示す特開昭58
−117355号公報に記載された内燃機関において燃
料を直接噴射するための燃料噴射装置（従来例
Ｉ）がある。

図示されるように、この従来例Ｉは、ピストン
頂部１ａを窪ませて燃焼室３ａを形成し、この燃
焼室３ａの中央に臨んで、これに燃料を噴出する
主・副噴射ノズル４ａ，５ａが、シリンダヘツド
２に互いに近接して垂下される。

主噴射ノズル４ａには、その円周方向に適宜間
隔を隔てて、４個の主噴口６ａ……ｄが設けら
れ、副噴射ノズル５ａには、主噴射ノズル４ａ同
様にその円周方向に適宜間隔を置いて、４個の副
噴口７ａ……ｄが設けられる。

また、副噴射ノズル５ａの各副噴口７ａ……ｄ
は、各々、燃焼室３ａ内に生成されるスワールＳ
に交差するように向けられ、且つ各副噴口７ad
から噴射された燃料噴霧が全体として副噴射ノズ
ル５ａから円錐状に噴射領域α₁を形成するように
向けられる。

主噴射ノズル４ａの各主噴口６ａ……ｄもまた
同様に、スワールＳに交差するように向けられ、
且つ主噴射ノズル４ａからの燃料噴霧が全体とし
て、主噴射ノズル４ａから円錐状に噴射領域を形
成するように向けられ、その円錐角α₂が、上記副
噴口７ａ……ｄが形成する円錐角α₁を含んで燃料
室３ａ内に燃料を噴射するように形成されてい
る。

このように構成される従来例Ｉを、機関回転数
と機関負荷とに関連させて燃焼特性と機関騒音と
を良好に制御すべく、機関アイドリングを含む低
回転低負荷運転領域では、副噴射ノズル５ａから
燃料を噴射させ、その領域を超えた高回転高負荷
運転領域では、主噴射ノズル４ａからも燃料を噴
射させるいわゆる先行噴射制御を行つている。

第２例としては、第８図，第９図に示す特開昭
55−96318号公報に記載された空気圧縮自己点火
内燃機関の運転方法および装置（従来例）があ
る。

図示される如く、この従来例は、ピストン頂部
１ｂに形成されたトロイダル形の燃焼室３ｂに、
その燃焼室３ｂの中央に臨んで主噴射ノズル４ｂ
を設けると共に、副噴射ノズル５ｂを上記燃焼室
３ｂに対して、偏心する位置に設け、上記従来例
同様に、副噴射ノズル５ｂを先行噴射させるよ
うに構成している。

なお、この従来例の副噴射ノズル５ｂから噴
射される燃料は、主噴射ノズル４ｂから噴射され
る燃料に比較して着火性の良い燃料が用いられ
る。また、主噴射ノズル４ｂの主噴口数は４個、
副噴射ノズル５ｂの副噴口数は単噴口に形成され
ている。

［考案が解決しようとする問題点］しかしながら、上述の構成から成る従来例Ｉ，
は燃料のスモーク制御，出力低下，騒音の面で
問題点を残している。

これを、燃焼室内圧力の変化を示す第１０図及
び第１２図に基づいて説明する。

第１０図において二点鎖線は、副噴射ノズルを
もたない、いわゆる先行噴射を行わない従来例を
示し、実線は上記従来例を示し、一点鎖線は上
記従来例を示し、破線はモータリング波形を示
すものである。

図示される如く、先行噴射を行わない従来例
は、燃料が急激に燃焼するために、燃焼室内圧力
が急上昇し、その圧力変動が大きいことがわか
る。従つて、これに伴い、燃焼が緩慢でなくなる
ため騒音レベルが大巾に増加することになり好ま
しくない。従来例，の着火遅れの時間は、ほ
ぼ同程度であるが、緩慢燃焼性からみれば、４噴
口を備えた従来例が勝り、出力からみれば逆に
従来例が勝つていることがわかる。

これは、上記主噴射ノズルと副噴射ノズルとの
燃焼室に対する位置づけ及びそれ等ノズルに設け
られた主・副噴口の数、並びにスワールとの関係
で知ることができる。例えば、主噴口数を４とし
て、副噴口数を変化せたときのスワールの強さに
対する燃焼室内圧力上昇率dp／dθ及びスモーク
濃度との関係は、第１１図，第１２図に示す如く
変化する。

図中１〜４は副噴口数を示す。

第１１図では、スワールの強さに対する燃焼室
圧力上昇率dp／dθとの関係を示し、図において、
噴口数及びスワールの強さに比例して上記圧力上
昇率dp／dθが増大する傾向にあることを示し、
第１２図では、スワールの強さに対するスモーク
濃度の関係を示し、噴口数及びスワールに反比例
してスモークが低減できることを示している。

すなわち、噴口から噴射される燃料の総量を一
定とすれば、噴口の数が多いほど、燃焼室内に噴
射される燃料は、その粒径が小さく微粒化される
から、当然燃料の貫徹力は噴口数に反比例するこ
とになる。また、燃焼室内に生成されるスワール
に対しては、このスワールと微粒化燃料との混合
性によつて出力低下または異常燃焼が起る。すな
わち、混合性を高めることによつて、着火性の良
い予混気を多大に生成することは、異常燃焼につ
ながり、逆に混合性を低くすることは予混合気の
生成を減少させるために、燃焼のスモーク制御が
不良となつて出力低下を招くことになる。

ここで、第１１図，第１２図に示すように、予
混合気の発生が最も少なく、上記圧力上昇率
dp／dθを最も低くして、騒音を低減できるのは
副噴口数が１である場合である。しかし、ピスト
ンキヤビテイ（燃焼室）内での噴射燃料と空気と
の混合性は、劣つている。そのため、理想的には
燃焼室内に極めて強いスワールを生成すればスモ
ール濃度は低減できるが、このスワールを生成す
るためには、吸気ポートに生じる吸気抵抗を増大
させるため、現実としては、スワールの強さが増
してもスモークが悪化することになる。

このことから、上記従来例は、貫徹力の弱め
られた微粒化燃料のほとんどスワールと混合して
予混合気化するため、これが一気に燃焼すること
によつて燃焼室内力を急上昇させ、大巾な騒音低
下させるには至らず、また、上記従来例は、ス
ワールＳによつて噴霧の貫徹力が失われるため
に、燃料の予混合気化が低下すると共に、その燃
料のほとんどが燃焼室壁部周辺に分布するために
出力低下させることになる。このため、着火性の
良い燃料を噴射する単一の副噴口を設けたもの
は、上述の如く吸気抵抗を大きくすることにつな
がり、結果的に空燃比が悪くなり出力を低下させ
ることになる。

ゆえに、上記従来例，共に、上述の相反す
る問題を解決していなかつた。

［考案の目的］本考案は上記種々の問題点を解決すべく創案さ
れたもので、本考案の目的は燃焼室内に供給され
る燃料を良好に緩慢蒸発燃焼させて、燃焼特性を
向上させると共に、機関騒音、出力低下を抑える
デイーゼル機関を提供することにある。

［考案の概要］本考案は上記問題点を解消するために、円周方
向に等間隔を隔てて設けられた４つの主噴口をそ
れぞれ燃焼室の内周壁に臨ませて燃焼室のほぼ中
心位置に配設された主噴射ノズルと、円周方向に
おいて等間隔を隔てて設けられかつ主噴口に対し
て先行して開放される２つの副噴口を、それぞれ
主噴射ノズルの燃料噴霧線と交叉する方向に臨ま
せて上記内周壁と主噴射ノズルとの間であつて且
つ主噴射ノズル寄りの位置に配設された副噴射ノ
ズルとを備えたもので、予混合気量と燃料の蒸発
量とを調節して、燃焼室内の圧力急上昇を抑え、
これによつて緩慢燃焼とNOx発生を低減させる
ようにして燃焼特性を改善できるようにしたもの
である。

［実施例］以下、本考案のデイーゼル機関の好適一実施例
を添付図面に基づいて説明する。

第１図に示されるように、１はデイーゼル機関
のシリンダボデイ（図示せず）のシリンダ室に往
復動自在に収容されるピストンであり、２は上記
シリンダボデイ上に一体的に結合されて上記シリ
ンダ室を区画形成するシリンダヘツドである。

ピストン１には、その頂部より軸上下方に窪ま
せられて、燃焼室３が形成されている。シリンダ
ヘツド２には、これに燃焼室３の略中央位置に、
主噴射ノズル４が、燃焼室３内に臨んで垂下して
設けられると共に、主噴射ノズル４と燃焼室３の
内周壁１０との間であつて且つ主噴射ノズル４寄
りに位置させて副噴射ノズル５が垂下状に取付け
られている。

主噴射ノズル４には、その先端外周部に所定間
隔をおいて、燃料を噴射する４個の主噴口６が設
けられ、その各主噴口６が形成する燃料噴霧の頂
角θ₁は、その燃料噴霧の裾野部分が、燃焼室３の
内周壁１０上部に到達するように設定される。ま
た、副噴射ノズル５には、その先端側外周部に互
いに反対向きに副噴霧を噴射させるために２個の
副噴口７が間隔を隔てて設けられ、その各噴口７
が形成される頂角θ₂は、上記頂角θ₁より僅かに小
さく設定される。

さらに各主・副噴口６，７の向きは第２図に示
すように、主噴口６は、これより噴射される噴射
燃料束E₁が燃焼室３の内周壁１０に沿つて流れ
るスワールＳに交差するように向けられ、副噴口
７もまたこれより噴射される噴射燃料束E₂が、
スワールＳに交差するように向けられる。

また、上記各主噴口６の噴口径は、スワールＳ
に対して、噴射燃料の一部が上記内周壁１０に到
達するように、且つ残部がスワールＳによつて予
混合気化されるように設定され、各副噴口７もま
た、微粒化された噴射燃料の一部がスワールＳを
横切つて内周壁１０に到達し、残部がスワールＳ
によつて予混合気化されるように各々の噴口径が
設定される。

このように構成される主・副噴射ノズル４，５
を、機関負荷と回転数とに応じて燃料を噴射さ
せ、燃焼特性と出力向上及び騒音を低減させるた
めに、主噴射ノズル４に先行して副噴射ノズル５
から燃料を噴射させるように、即ち先行噴射を行
うように制御する。

具体的には、第３図に示すように、噴射時間ａ
（sec）からＥ（sec）の間、燃料の噴射量Ｉ（mm²）
が一定になるように副噴射ノズル５を制御し、こ
の噴射時間Ｅ（sec）の僅か手前の噴射時間Ｄ
（sec）で、主噴射ノズル４から燃料を噴射させ、
徐々に増量して更に噴射時間が経過して噴射時間
Ｈ（sec）に至ると最大噴射量Ｌ（mm²）になるよう
に制御される。

また、機関がアイドリングを含む低回転負荷運
転領域にある場合には、上記副噴射ノズル５から
燃料を噴射させ、その領域を超えた高回転負荷側
では、主・副噴射ノズル４，５から上述の如く燃
料を噴射させるように制御する。

以下、本考案のデイーゼル機関の燃料噴射装置
の作用について添付図面に基づいて説明する。

第１図，第２図に示すように、副噴射ノズル５
が主噴射ノズル４に先行して、その各副噴口７
が、燃料を噴射すべく開放されると、これより燃
焼室３の内周壁１０に向つて、微粒化燃料の燃料
噴射束E₂が生成される。この燃料噴射束E₂の一
部は、内周壁１０に到達し、残部はスワールＳと
混合して着火燃焼する予混合気を形成する。

具体的には、第４図に示す如く、到達した燃料
の一部は、スワールＳと共に内周壁１０に沿つて
流れ、徐々に壁面蒸発される燃料フイルムF₁を
形成し、残部は、スワールＳによつて蒸発生成さ
れる予混合気Qc１を形成する。

すなわち、予混合気Qc１が着火されて蒸発燃
焼された後、この火炎を伝播されて上記燃料フイ
ルムF₁が、徐々に緩慢燃焼されるため、出力低
下と、燃焼室内圧力急上昇とを抑えて、騒音を大
巾に低下させることになる。

この後、第１図，第２図に示すように主噴射ノ
ズル４の各主噴口６が開放されて、これより燃焼
室３の内周壁１０に向つて、貫徹力の大きな燃料
が噴射される。この噴射された燃料は、第５図に
示す如くその一部が、内周壁１０に沿つてスワー
ルＳ方向に流れる燃料フイルムF₂を生成すると
共に、残部がスワールＳと混合蒸発されて予混合
気Qc２を形成する。すなわち、燃焼室３内及び
内周壁１０は、共に副噴射ノズル５の先行噴射に
よつて、燃料を蒸発燃焼させるに十分なる雰囲気
温度と内周壁温度を確保しているため、予混合気
Qc２が速やかに蒸発燃焼し、この火炎が上記燃
料フイルムF₂を徐々に緩慢燃焼させることにな
る。これによつて、出力低下と燃焼室内圧力急上
昇を抑え高負荷側でも騒音を大巾に低減できる。

また、全体として、燃焼室３内に生成される予
混合気Qc１，Qc２の割合は燃料フイルムF₁，F₂
よりも少なく形成されるため、上述の如く異常燃
焼を抑え、燃焼特性を向上させて燃焼効率を改善
できることになる。

尚、本実施例にあつては、スワールＳを一定と
して説明したが、機関負荷と回転数とに応じてス
ワール強度を調整することによつて、更に燃焼特
性向上と、騒音低下を図ることができる。例えば
副噴射ノズル５の使用頻度が高い、軽・中負荷運
転領域でスワール強度を弱めて予混合気量を調整
するようにする。

［考案の効果］以上、要するに本考案によれば次の如き優れた
効果を発揮できる。

(1) 急激な燃焼室内圧力上昇を抑えて機関騒音を
大巾に低下させることができ、燃焼特性を改善
できる。

(2) 緩慢な蒸発燃焼を緩慢な蒸発燃焼を可能とし
たので、燃焼室の熱発生率を下げることがで
き、NOxを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のデイーゼル機関の好適一実施
例を示す概略断面図、第２図は燃料の噴射方向を
示す図、第３図は燃料の噴射量の制御を示す図、
第４図は副噴射ノズルの燃焼状態を示す図、第５
図は主噴射ノズルの燃焼状態を示す図、第６図乃
至第１０図は従来例を示す図、第１１図はスワー
ルの強さと燃焼室内圧力上昇率との関係を示す
図、第１２図はスワールの強さとスモーク濃度と
の関係を示す図である。図中、１はピストン、２はシリンダヘツド、３
は燃焼室、４は主噴射ノズル、５は副噴射ノズ
ル、６は主噴口、７は副噴口である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

円周方向に等間隔を隔てて設けられた４つの主
噴口をそれぞれ燃焼室の内周壁に臨ませて燃焼室
のほぼ中心位置に配置された主噴射ノズルと、円
周方向において等間隔を隔てて設けられかつ主噴
口に対して先行して開放される２つの副噴口を、
それぞれ主噴射ノズルの燃料噴霧線と交叉する方
向に臨ませて上記内周壁と主噴射ノズルとの間で
あつて且つ主噴射ノズル寄りの位置に配設された
副噴射ノズルとを備えたことを特徴とするデイー
ゼル機関。