JPH0486323A - 直接噴射式ディーゼル機関 - 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 この発明は、拡散燃焼の活発化のために主燃焼室のほか
に撹乱燃焼室と副燃料噴射弁とを設けた直接噴射式ディ
ーゼル機関の改良に関する。

従来の技術 ピストン頂面に凹設した主燃焼室内に燃料を噴射して燃
焼を行わせる直接噴射式ディーゼル機関においては、燃
焼初期には主燃焼室内の空気流動や燃料噴霧自体が有す
る運動エネルギによって活発な燃焼が実現されるが、燃
焼後半では、」二記の空気流動や噴霧のエネルギが減衰
するため、燃焼が緩慢となる。

そこで、この後半の燃焼を改善するために、主燃焼室の
ほかに撹乱燃焼室を設けた直接噴射式ディーゼル機関が
一部で提案されている。第８図は、その−構成例を示し
たもので、ピストン２１の頂面に凹設された深皿形の主
燃焼室２２に臨んでシリンダヘッド２３側に主燃料噴射
弁２４が配設されている。そして、シリンダヘッド２３
側に、略円筒状のホットプラグ２８によって撹乱燃焼室
２５が形成されており、その一端を閉塞するように副燃
料噴射弁２６が配設されている。１−記撹乱燃焼室２５
の他端には、比較的細い連通路２７の端が開口しており
、この連通路２７の他端のガス噴出孔２７ａが主燃焼室
２２に向かって開口している。尚、上記副燃料噴射弁２
６の噴射時期は主燃料噴射弁２４よりも遅れ側に設定さ
れている。

１−記構成のディーゼル機関では、主燃料噴射弁２４か
ら主燃焼室２２内へ向けて噴射された主たる燃料の燃焼
後半に、副燃料噴射弁２６から撹乱燃焼室２５内に少量
の燃料が供給される。この燃料の燃焼開始に伴って撹乱
燃焼室２５内の圧力が」二昇し、その発生ガスが連通路
２７先端のガス噴出孔２７ａから主燃焼室２２に気体噴
流となって噴出することにより、主燃焼室２２内におけ
る燃焼途中の気体に激しい乱流を生起させて後半の拡散
燃焼を活発化させることができる（例えば第７回内燃機
関合同シンポジウム講演論文集３７頁（１９８８年７月
〕り。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の構成においては、主燃焼室２
２の形状が」二連した撹乱作用を考慮したものになって
いない。すなわち、ガス噴出孔２７ａから出た気体噴流
は、第８図の破線２のように主燃焼室２２を横切るよう
に流れるが、同図に示すように、主燃焼室２２の連通路
２７丁刃の部分２２ａが深いと、この部分の燃焼ガスに
対し効果的な撹乱作用を与えることができない。また、
主燃焼室２２全体を浅くしてしまうと、気体噴流が衝突
する反対側部分２２ｂからスキッシュエリア２９に燃焼
途中の気体噴流が乗り一］二げてしまい、特に温度レベ
ルが低くなる低中負荷域で、ＨＣやパティキュレートが
増加する、という不具合がある。

課題を解決するための手段 そこで、この発明は、ピストン頂面に凹設された主燃焼
室と、この主燃焼室に臨んで設けられた主燃料噴射弁と
、シリンダヘッド内部に形成された撹乱燃焼室と、この
撹乱燃焼室に臨んで設けられた副燃料噴射弁と、一端が
上記撹乱燃焼室に開口するとともに、他端のガス噴出孔
が主燃焼室の側部上方に開ＯＬ、かつ該ガス噴出孔が主
燃焼室の反対側部分を指向した連通路とを備えてなる直
接噴射式ディーゼル機関において、」二記主燃焼室の」
二記連通路側部分に比して、上記ガス噴出孔が指向する
反対側部分を深く形成したことを特徴としている。

作用 上記構成では、主燃焼室内における主たる燃焼の後半に
、撹乱燃焼室内での燃焼による気体噴流が連通路を通し
て噴出する。このとき、連通路が位置する側では主燃焼
室の深さが比較的浅いため、この部分での燃焼ガスに対
しても良好な撹乱作用が与えられる。また気体噴流が衝
突する反対側では、主燃焼室の深さが比較的深いので、
スキッシュエリアへ乗り−１−げろ未燃ガスが少なくな
る。

実施例 第１図はこの発明に係る直接噴射式ディーゼル機関の一
実施例を示す断面図であって、シリンダブロック１にシ
リンダ２が形成され、ここにピストン３が摺動可能に嵌
合している。尚、４はシリンダ２を冷却するようにシリ
ンダブロックｌ側に形成されたウォータジャケットであ
る。

上記ピストン３の頂面略中央部には、第２図に示すよう
に」一方から見て略円形をなす主燃焼室５が凹設されて
いる。そして、シリンダ２を覆うシリンダヘッド６下面
は平坦となっており、」二記主燃焼室５の一方に片寄っ
た位置に臨んで多噴孔例えば３噴孔の主燃料噴射弁７が
配設されている。

また上記シリンダヘッド６の側部に形成したボス部りａ
内に、耐熱性合金からなる略円筒状のホットプラグ８が
環状のシール部材１０とともに挿入されている。そして
、上記ホットプラグ８の大径部８ａ内部に撹乱燃焼室９
が形成されている。

この撹乱燃焼室９は、ホットプラグ８と直列に配置され
た副燃料噴射弁１１によって一端が閉塞されている。尚
、１２は上記副燃料噴射弁１１とポットプラグ８との間
に介装された環状のシール部材、１３は横開始動時に撹
乱燃焼室９内を加熱するように該撹乱燃焼室９内に先端
が突出したグロープラグである。

上記撹乱燃焼室９とシリンダ２内部とは、ホットプラグ
８の小径部８ｂ内に形成された連通路ｌζ ４を介して連通している。上記小径部８ｂの先端は、シ
リンダヘッド６下面から主燃焼室５側へ斜めに突出して
おり、かつ主燃焼室５の一側部、詳しくは主燃料噴射弁
７の偏心方向と同一方向の周縁部に位置している。そし
て、上記連通路Ｉ４の一端は撹乱燃焼室９の端面中心部
に開口し、かっ他端はガス噴出孔１５として主燃焼室５
へ向けて開口している。」二記ガス噴出孔１５は、ホッ
トプラグ８が位置する主燃焼室５の一側部と反対側の部
分を指向するようにホットプラグ８の中心軸より若干−
に方に片寄って開口形成されており、かつ図示例では、
３方向へ扇状に気体噴流を噴出するように、ガス噴出孔
１５が３個並んで開口形成されている。

また、上記主燃焼室５の底面は、ピストン３頂面に対し
ホットプラグ８側が高位となった傾斜面をなしている。

つまり、主燃焼室５の深さとして、ガス噴出孔Ｉ５が位
置する側の部分５ａが浅く、かつ反対側の部分５ｂが深
く形成されている。

そして、上記のように深くなった部分５ｂへ向けて第２
図に矢印Ｇとして示すように気体噴流を噴出すべくガス
噴出孔１５が形成されているとともに、同様の方向へ向
けて矢印Ｆのように燃料を噴射すべく主燃料噴射弁７の
噴射方向が設定されている。

上記構成のディーゼル機関においては、ピストン３が」
二昇して圧縮−ト死点近傍となったときに、主燃焼室５
内、特に深さの深い部分５ｂへ向けて主燃料噴射弁７か
ら主たる燃料が第２図の矢印Ｆのように噴射供給される
。この噴射された燃料は、主燃焼室５の壁面に衝突し、
かつ主燃焼室５内の高温、高圧の空気と接触することに
より、その微粒化、蒸発、混合を経て燃焼に至る。

このとき主燃焼室５内には、適宜な手段によるスワール
やスキッシュ等の空気流動が与えられているので、この
主燃焼室５内の空気流動や燃料噴霧自体の運動エネルギ
によって、燃焼初期には活発な燃焼が行われる。

続いて、副燃料噴射弁１１から撹乱燃焼室９内へ少量の
燃料が噴射される。この燃料は、撹乱燃焼室９内で着火
し、これに伴う撹乱燃焼室９内の圧力上昇により、連通
路１４先端のガス噴出孔１５から主燃焼室５内に第２図
の矢印Ｇのように気体噴流となって噴出する。この気体
噴流によって、主燃焼室５側の燃焼途中の気体に激しい
乱流が生じ、拡散燃焼が活発化する。そのため、スモー
クや排気微粒子の発生が抑制される。

ここで、」−記構成においては、主燃焼室５の中で、ホ
ットプラグ８下方の容積が比較的小さく、かつ気体噴流
が強く衝突する部分５ｂの容積が大きく与えられている
ので、主燃焼室５内の燃焼途中の火炎を広く効果的に撹
乱することができる。

特に、上記構成では、燃料の多くが主燃焼室５の深い部
分５ｂに存在し、ここを気体噴流が強く撹乱するので、
撹乱燃焼室９を過度に大きくせずとも、非常に大きな撹
乱効果が得られる。尚、主燃焼室５容積に対する撹乱燃
焼室９容積の比を小さくできることにより、冷却損失の
低減や燃料消費率の向上が図れる。

またガス噴出孔１５から噴出した気体噴流が衝突する部
分５ｂが深く形成されていることにより、ピストン３頂
面のスキッシュエリア１６に燃焼途中のガスが乗り上げ
ることが少なくなり、温度レベルが低くなる低中負荷域
で■■Ｃやパティキクレートの増加を招くことがない。

次に、第３図および第４図に示す実施例は、主燃焼室５
の深く形成した部分５ｂの上部開口縁に、ピストン３頂
面と同一面を呈するようなリップ部Ｉ７を突出形成し、
いわゆるリエントラント構造としたものである。

この構成によれば、リップ部１７の下方に燃料噴霧や気
体噴流が衝突するので、スキッシュエリア１６への未燃
ガスの流出が一層確実に防止される。

尚、第５図に示すように、燃料噴霧や気体噴流が衝突す
る部分の壁面５ｃを内側へ傾いた傾斜面とすることでリ
エントラント構造としても良く、同様にスキッシュエリ
ア１６への未燃ガスの流出を抑制できる。

また第６図および第７図に示す実施例は、主燃焼室５の
形状を、ピストン３上方から見て略扇状に形成したもの
である。つまり、ホットプラグ８側が狭く、かつ反対側
が広くなっている。また、その深さは、やはりポットプ
ラグ８側の部分５ａが浅く、かつ反対側の部分５ｂが深
くなっている。

従って、気体噴流が作用する部分５ｂの容積割合を一層
大きく確保でき、撹乱作用を強く得ることができる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る直接噴射
式ディーゼル機関によれば、主燃焼室を単純な同−深さ
の皿形ではなく、撹乱燃焼室の連通路側部分を比較的浅
く、かつガス噴出孔が指向する反対側部分を比較的深く
形成したので、ガス噴出孔から噴出した気体噴流による
撹乱作用を、主燃焼室内の燃焼途中のガスに広く与える
ことができるとともに、スキッシュエリアへの未燃ガス
の流出を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

機関の一実施例を示す断面図、第２図はこの実施例のピ
ストンの平面図、第３図はこの発明の異なる実施例を示
す断面図、第４図は同じくピストンの平面図、第５図は
この発明の更に異なる実施例を示す断面図、第６図はこ
の発明の更に異なる実施例を示す断面図、第７図はこの
実施例のピストンの平面図、第８図は従来における撹乱
燃焼室を備えた直接噴射式ディーゼル機関の一構成例を
示す断面図である。 ３・・・ピストン、５・・主燃焼室、７・・・主燃料噴
射弁、９・・・撹乱燃焼室、１１・・・副燃料噴射弁、
１４・・連通路、１５・・・ガス噴出孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン頂面に凹設された主燃焼室と、この主燃
   焼室に臨んで設けられた主燃料噴射弁と、シリンダヘッ
   ド内部に形成された撹乱燃焼室と、この撹乱燃焼室に臨
   んで設けられた副燃料噴射弁と、一端が上記撹乱燃焼室
   に開口するとともに、他端のガス噴出孔が主燃焼室の一
   側部上方に開口し、かつ該ガス噴出孔が主燃焼室の反対
   側部分を指向した連通路とを備えてなる直接噴射式ディ
   ーゼル機関において、上記主燃焼室の上記連通路側部分
   に比して、上記ガス噴出孔が指向する反対側部分を深く
   形成したことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関。