JPH048821A - 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、上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５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主燃焼室２
２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。上記撹乱燃焼室２５の他端には、比較的細い連通
路２７の一端が開口しており、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２６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。

上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内の圧力が上昇し、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内におけ乞燃
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 上記のように、撹乱燃焼室２５を備えた形式の直接噴射
式ディーゼル機関では、燃焼後半に噴出する気体噴流の
強度を十分なレベルに確保するためには副燃料噴射弁２
６の噴射量としである程度の量が必要であり、かつこれ
に見合った撹乱燃焼室２５の容積が必要である。

しかし、撹乱燃焼室２５の容積を十分に大きなものにす
ると、圧縮行程における絞り損失が増大し、燃料消費率
が悪化する。また、撹乱燃焼室２５の容積を噴射量に比
して小さく設定すると、上記の絞り損失は減少するもの
の、空気が不十分となって連通路２７から噴出する噴流
ガス中にスモークや未燃ＨＣが増大し、撹乱燃焼室２５
を設けたことによる本来のスモーク低減効果が十分に得
られない。

課題を解決するための手段 この発明は、上記のような問題に鑑み、撹乱燃焼室によ
るスモークの低減と燃料消費率の向上との両立を図った
ものであって、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、シリンダヘッ
ド下面から主燃焼室側へ突出した筒状部材によって形成
され、かつ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側に開口する連通路とを備
えてなる直接噴射式ディーゼル機関において、上記連通
路の側面に、シリンダ上端のクリアランス部に連通ずる
２次空気導入孔を開口形成したことを特徴としている。

作用 上記構成では、撹乱燃焼室内で燃焼が開始し、連通路を
通してガスが噴出する際に、連通路内でのガスの通過に
伴い、２次空気導入孔を介してクリアランス部の空気が
連通路内に吸い込まれる。

つまり撹乱燃焼室からの気体噴流に２次空気として導入
され、噴流ガス中のスモークや未燃ＨＣの再燃焼が促進
される。

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ｌ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は上記シリンダ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。

−に記ピストン３の頂面略中央部には、例えば深皿型を
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、上記
主燃焼室５の略中心部に臨んで多噴口の主燃料噴射弁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ｉ’ｌ
Ｅ　Ｂ　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とホットプラグ８との間
に介装された環状のシール部材、１３は機関始動時に撹
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
部が突出したグロープラグである。

ここで、上記撹乱燃焼室９の容積は、副燃料噴射弁１１
から供給される燃料噴射量に比して比較的小さく設定さ
れている。

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１４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の周縁部に位置している。そして、上記連通路１
４の一端は撹乱燃焼室９の端面中心部に開口し、かつ他
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。尚、図示例では、気体噴流を主燃焼室５の容積の
中央部に向けて噴出させるように、上記ガス噴出孔１５
がホットプラグ８の中心軸より若干上方に片寄って開口
形成されている。

また上記小径部８ｂの先端部側面には、２次空気導入孔
１６が開口形成されている。この２次空気導入孔１６は
、内周側が連通路１４の側面に開口し、かつ外周側がシ
リンダヘッド６下面より僅かに下方に開口している。つ
まり、ピストン３頂而とシリンダヘッド６下面との間に
形成されるクリアランス部Ｉ７に常に連通し得る位置に
開口している。また上記２次空気導入孔１６を通して逆
に連通路１４側からガスが噴出することのないように、
ガスの流れ方向と逆向きに傾斜した形で連通路！４に合
流している。

尚、１８はシリンダ２の上面側や撹乱燃焼室９の周囲等
を冷却するようにシリンダヘッド６側に形成されたウォ
ータジャケットを示している。

上記構成のディーゼル機関においては、ピストン３が上
昇して圧縮上死点近傍となったときに、主燃焼室５内へ
向けて主燃料噴射弁７から主たる燃料が噴射供給される
。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。

ここで、シリンダ２内の空気には適宜なスワール生成手
段によってスワールが与えられており、旋回しつつ主燃
焼室５内に押し込められるので、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ＩＩ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Ｉ４先端のガス噴出孔１５から主燃焼室５内に気体噴
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、撹乱燃焼室９で発生したガスが通流する連通路
１４においては、２次空気導入孔１６の内周側開口を横
切るようにして噴流ガスが高速で通過するので、２次空
気導入孔１６の外周側開口部との間で圧力差が生じ、ク
リアランス部１７内の空気が連通路１４内に吸い込まれ
る。従って、この空気が撹乱燃焼室９から流れ出る噴流
ガスに２次空気として作用し、噴流ガス中のスモークや
未燃ＨＣの再燃焼が促進される。

そのため、撹乱燃焼室９の容積をある程度小さく設定し
たとしても、本来のスモーク低減効果を何ら阻害するこ
とがない。そして、撹乱燃焼室９の小型化により、圧縮
行程における絞り損失が低域し、燃料消費率の向上が図
れる。

尚、２次空気の導入に伴う噴流ガスの再燃焼によって、
ガス噴出孔１５から噴出するエネルギはむしろ増大し、
噴流ガスによる撹乱作用の点でも有利となる。

次に、第２図はこの発明の異なる実施例を示している。

この実施例は、ホットプラグ８の小径部８ｂ先端が突出
するシリンダヘッド６下面に、小径部８ｂ周囲を囲むよ
うに凹部１９を形成し、２次空気用の十分なりリアラン
ス部１７を確保するようにしたものである。そして、−
層多量の２次空気を導入させるように、小径部８ｂの周
囲に、複数個、例えば４個の２次空気導入孔１６が開口
形成されている。

また、このように２次空気導入孔１６を複数個形成する
場合に、第３図に示すように、連通路１４の接線方向に
沿って２次空気導入孔１６を形成しても良い。この第３
図の構成によれば、２次空気の導入によって連通路１４
内に旋回流が生じるため、連通路１４内を通流する噴流
ガスとの混合が一層良好となる。

次に第４図に示す実施例は、ホットプラグ８の小径部８
ｂ内側に、流路断面積を徐々に絞ったベンチュリ部２０
を形成し、該ベンチュリ部２０に向けて２次空気導入孔
１６を開口形成したものである。

この実施例の構成によれば、ベンチュリ部２０において
噴流ガスの流速が増大し、小径部８ｂ外周側との間で一
層大きな圧力差を確保できるため、２次空気導入量を増
大させることができる。

尚、上記実施例では、撹乱燃焼室９を形成するホットプ
ラグ８の一部である小径部８ｂによって連通路１４を構
成するようにしているが、シリンダヘッド６下面から突
出する連通路１４先端側部分のみを耐熱性合金からなる
筒状部材にて形成し、連通路１４の基端側や撹乱燃焼室
９をシリンダヘッド６に直接形成することも可能である
。

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、撹乱燃焼室から主燃焼室に
至る連通路の側面に２次空気導入孔を開口形成したので
、撹乱燃焼室からの噴流ガスに２次空気を導入して該噴
流ガス中の未燃ＨＣやスモークの再燃焼を促進すること
ができる。従って、機関全体としてのスモークの悪化等
を来さずに撹乱燃焼室容積の小型化が可能となり、絞り
損失の低減ひいては燃料消費率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

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、第２図はこの発明の異なる実施例
を示す断面図、第３図は第２図における■−■線に沿っ
た断面図、第４図は連通路内部にベンチュリ部を設けた
実施例を示す要部の拡大断面図、第５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、６・・・シリン
ダヘッド、７・・・主燃料噴射弁、８・・・ホットプラ
グ、９・・・撹乱燃焼室、１４・・・連通路、１５・・
・ガス噴出孔、１６・・・２次空気導入孔。

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、シリンダヘッド下面か
   ら主燃焼室側へ突出した筒状部材によって形成され、か
   つ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側に開口する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、上記連通路の側面
   に、シリンダ上端のクリアランス部に連通する２次空気
   導入孔を開口形成したことを特徴とする直接噴射式ディ
   ーゼル機関。