JPH0531211Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はピストン頂部に主燃焼室と副燃焼室と
を設けた直噴式デイーゼル燃焼室に関する。

［従来の技術］ 一般に直噴式デイーゼル内燃機関は、高い燃焼
効率，低い排気温度等の長所を有しているが、そ
の反面爆発圧力，振動及び騒音等が高く欠点とさ
れている。

このような欠点を改善すべく、ピストン頂部を
深く凹ませて燃焼室を形成し、その燃焼室内で燃
料で蒸発させる燃料と燃焼用空気とをスワールに
より強制的に混合させて予混合気（着火性の良い
混合気をいう）を生成し、自発的な着火燃焼が生
じるようにMAN−Ｍ方式機関が提案されてい
る。しかしこのMAN−Ｍ方式機関は、燃焼室容
積が大きく低負荷時に十分な蒸発能力を持つこと
ができないため、青白煙及び燃焼未燃物（HC）
が多量に発生してしまうという問題があつた。

このような欠点に対処すべく特開昭49−50307
号公報（従来例ａ）、及び特開昭57−41417号公報
（従来例ｂ）の提案がなされている。

従来例ａは第７図に示す如く、ピストン５の頂
部１を深く凹ませて主燃焼室２を形成し、またシ
リンダヘツド２０内に略球状に燃料噴射ノズル４
を有する副燃焼室３を形成し、シリンダヘツド２
０内に、副燃焼室３を上記主燃焼室２と連通させ
るための連絡通路２１を設けたものである。

また従来例ｂは、第８図に示す如くピストン５
及びシリンダヘツド２０の少なくとも一方に形成
され吸気スワールが導入されるキヤビテイ２４
と、渦流生成用絞り孔２５を介して前記キヤビテ
イ２４に連通した渦流副室２６と、噴射燃料の一
部を前記キヤビテイ２４の内壁２４ａに、残部を
前記絞り孔２５を介して渦流副室２６に噴射供給
する燃料噴射弁４とから形成される。

［考案が解決しようとする問題点］ 従来例ａは、主燃焼室２と副燃焼室３が連絡通
路２１によつて連絡されて、高負荷時には、これ
を通過して主燃焼室２内に燃料を噴射供給する方
式であるが、しかし、副燃焼室３の燃焼によつて
主燃焼室２内に供給する燃料が主燃焼室２に到達
する前に着火燃焼を起こしてしまうため、スモー
ク、出力低下が生じてしまうという問題や連絡通
路による絞り抵抗が大きいという問題があつた。

また従来例ｂは、上記副室２６内に供給される
燃料を供給される空気と混合して急速燃焼させ、
その燃焼ガスによつて上記キヤビテイ２４の内壁
２４ａより蒸発される蒸発燃料に着火させるもの
であるが、低負荷時で且つ大気温が−25℃以下の
極低温下にあつては、上記キヤビテイ２４の内壁
温が十分なる温度に上昇しないために、内壁２４
ａに付着して湿り状態となつてしまうという問題
がある。つまり、副室２６よりの燃焼ガスがキヤ
ビテイ２４内に導入されても、完全燃焼が達成さ
れずスモーク発生と出力低下とが生じてしまう。
ここで、キヤビテイ２４を上記副室２６と同様に
セラミツク等の断熱部材によつて構成すれば、極
低温状況下にあつても容易にキヤビテイ２４内の
温度を上昇させることは可能であるが、高負荷時
に於いてキヤビテイ２４の内壁２４ａの温度が高
温化されるため、図示されないスワールポートか
らの空気がキヤビテイ２４内で膨張し、それによ
つて空気の吸入効率が低下し、完全燃焼に必要な
空燃比が確保できず結果的に出力低下及びスモー
クの発生を防止することができない。

［考案の目的］ 本考案は、上記問題点を解消すべく創案された
もので、本考案の目的は、低温始動性を改善し、
低負荷時の青白煙、燃焼未燃物の発生を抑制し、
高負荷時の吸入効率の低下を改善し得る直噴式デ
イーゼル燃焼室を提供するにある。

［考案の概要］ 本考案は上記目的を達成すべくピストン頂部に
深く窪ませられて形成された主燃焼室と、この主
燃焼室に隣接させてピストン頂部に浅く窪ませら
れて形成されその容積が上記主燃焼室に対して小
さく形成された窪みと、ピストン頂部に、その窪
みと主燃焼室とを半径方向に連通すべく窪みと主
燃焼室とを区画する互いの周側壁上部をその上方
より窪ませて形成された連通部と、上記窪みにそ
の窪み面を覆うように被着され窪み内に実質的に
副燃焼室を区画する断熱層であつて、当該断熱層
がその上部開口縁にこれを縁取るようにして半径
方向内方へ突出されたリツプを有しその主燃焼室
側側部上部に上記連通部を実質的に構成する開放
部を有して形成された断熱層と、上記連通部に臨
ませて設けられ全ての使用負荷時に上記副燃焼室
内に微粒化燃料噴霧を供給する副噴口及び低負荷
を越えたときから主燃焼室内に燃料噴霧を供給す
る主噴口を有して形成された燃料噴射ノズルとを
備えたものである。

したがつて、断熱層により低温始動性、低負荷
時の青白煙及び燃焼未燃物（HC）及び高負荷時
の吸入効率不足は解消され、全ての使用負荷域で
静粛な緩慢燃焼が達成される。

［実施例］ 以下、本考案の好適一実施例を添付図面に基づ
いて具体的に説明する。

第１図は本考案に係る直噴式デイーゼルエンジ
ン燃焼室を有するピストンの縦断面図、第２図は
本考案に係る直噴式デイーゼルエンジン燃焼室を
有するピストンの上面図、第３図は本考案に係る
直噴式デイーゼルエンジン燃焼室を有するピスト
ンの斜視図である。

第１図乃至第３図に示されているように、ピス
トン５の頂部１には、その頂面より下方に深く窪
ませられて主燃焼室２が形成され、その主燃焼室
２に隣接させて浅く窪ませられて窪み１２が形成
されている。窪み１２は、その容積が上記主燃焼
室２に対して小さく形成されている。そしてピス
トン５の頂部１には、その窪み１２と主燃焼室２
とを区画する互いの周側壁１３を、その上方より
窪ませて半径方向に開放された連通部１４が形成
されている。窪み１２には、その窪み面を覆うよ
うに被着されて窪み１２内に実質的に副燃焼室３
を区画する断熱層６が一体的に取り付けられてい
る。この断熱層６は、セラミツクス等の断熱保温
性の高い材料から構成され、その上部開口縁には
これを縁取るようにして半径方向内方へ突出され
たリツプ１５を有しその主燃焼室側側部上部に上
記連通部１４を実質的に構成する開放部１６を有
している。なお、本実施例にあつて主燃焼室２及
び副燃焼室３の水平断面は共に円形となつてお
り、副燃焼室３の上部開口径は主燃焼室２の上部
開口径と比べて小さくなつている。

そして上記連通部１４には、これに臨ませて、
全ての使用負荷時に上記副燃焼室３内に微粒化燃
料噴霧を供給する副噴口１１及び低負荷を越えた
ときから主燃焼室２内に燃料噴霧を供給する主噴
口１３を有して形成された燃料噴射ノズル４が設
けられている。この燃料噴射ノズル４は、一端部
をシリンダヘツド（図示せず）に取り付けられた
ノズルボデイ７内の弁座８に対して昇降自在に着
座するニードル弁９と、その弁座８の弁座面より
開口されて上記副燃焼室３の内壁３ａに且つその
副燃焼室３内に生成される副スワールS₂方向に向
けられて形成される副噴口１１と、その副噴口１
１が上記ニードル弁９の所定のリフト量以上にリ
フトした際に開放されて上記主燃焼室２の内壁２
ａに且つその主燃焼室２内に生成される主スワー
ルS₁方向に臨んで形成された主噴口１３とから主
に構成されている。即ち、上記ノズルボデイ７内
のニードル弁９は、機関の負荷に応じてそのリフ
ト量を制御して燃料を夫々燃焼室内に噴射させる
もので、具体的には、機関が低負荷時には、ニー
ドル弁９が所定のリフト量以下で副噴口１１を開
放して、これより微粒下された燃料噴霧F₂を噴
出させるように、さらにニードル弁９が所定のリ
フト量を越えたときに主噴口１３も開放させてこ
れより上記副噴口１１より噴出される燃料よりは
大径の貫徹力に優れた燃料F₁を噴出させるよう
に構成されている。また、上記主燃焼室２内及び
副燃焼室３は、主燃焼室２及び副燃焼室３内に生
成される主スワールS₁，副スワールS₂を相互に干
渉させることがないように形成されている。

以下、本考案の作用について具体的に説明す
る。

第１図乃至第６図に示す如く副燃焼室３の内壁
３ａにライニングされた断熱層６は、副燃焼室３
内で着火燃焼する燃焼ガス熱を受熱して保温する
ために、機関が極低温大気下（−25℃以下）にお
かれても容易にその断熱層６の壁温を保温し、且
つ高温化を助長するために、副燃焼室３内の内壁
３ａに且つその副燃焼室３内に生成されるスワー
ルS₂方向に副噴口１１より噴射される微粒化され
た燃料噴霧F₂が、容易に着火されて蒸発燃焼さ
れると共に、副燃焼室３内の容積は小さいので空
燃比が向上し着火遅れなく急速燃焼が達成され、
これによつて副燃焼室３内は高温化される。噴口
径を小さく設定された副噴口１１から噴射される
噴霧の粒径は微粒化されて小さいため第２図に示
す如く圧縮された高温空気中で瞬時に蒸発着火す
る。一方、この噴霧は副燃焼室３の断熱層６の内
壁３ａに向けられるので、多くの燃料は内壁３ａ
に沿つて分布される。さらに着火した熱エネルギ
で壁面に分布された燃料は徐々に蒸発燃焼する。
副燃焼室３は主燃焼室２と隔てられており、又副
燃焼室３内のスワールS₂によつて副燃焼室３内に
燃焼ガスの大半が閉じこめられ副燃焼室３内の燃
焼は急激に達成され、それによつて燃焼温度が上
昇し、青白煙の発生及び燃焼未燃物（HC）の生
成を抑制できることになる。

さらに機関が高負荷時にあつては、上記主噴口
１３から噴出される燃料F₁が主燃焼室２の内壁
２ａに且つその主燃焼室２内に生成されるスワー
ルS₁方向に噴射されるために、内壁２ａに沿つて
フイルム状の燃料フイルムＦを形成する一方、上
記副燃焼室３内の燃料ガスにより一部が蒸発着火
されると共に、他方、上記燃料フイルムＦが主燃
焼室２の壁温により蒸発され、これがスワールS₁
と効果的に混合して着火性に優れた予混合気を生
成するために着火遅れなく着火されて、これによ
つて上記燃料フイルムＦがスワールS₁方向に火炎
伝播され緩慢な燃焼を達成することになる。ま
た、副燃焼室３のみに断熱層６を形成したので高
負荷時の主燃焼室２内は緩慢な蒸発燃焼に際して
常に適温に設定することができ、吸入される空気
の吸入効率を損ねることなく、それによつてスモ
ークの発生を抑制すると共に適切なる空燃比を確
保して出力低下を防止させるものである。

［考案の効果］ 以上、本考案によれば次の如き優れた効果を発
揮する。

(1) 断熱層を窪みのみに設けたので、低温始動
性、低負荷時の青白煙及び燃焼未燃物（HC）
及び高負荷時の吸入効率不足を解消でき、全て
の使用負荷域で静粛な緩慢燃焼を達成すること
ができる。

(2) リツプ及び開放部を有し実質的に副燃焼室を
形成する断熱層を窪みに簡単に取り付けること
ができる。

(3) 低セタン価の燃料を使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の好適一実施例を示す図、第２
図は第１図の−線矢視断面図、第３図は本考
案の主燃焼室と副燃焼室及び断熱層を示す概略斜
視図、第４図は燃料噴射ノズルの概略断面図、第
５図，第６図は燃料の噴射方向を示す図、第７
図，第８図は従来例を示す図である。 図中、１はピストンの頂部、２は主燃焼室、３
は副燃焼室、４は燃料噴射ノズル、５はピスト
ン、６は断熱層、１１は副噴口、１３は主噴口で
ある。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ピストン頂部に深く窪ませられて形成された
   主燃焼室と、該主燃焼室に隣接させてピストン
   頂部に浅く窪ませられて形成されその容積が上
   記主燃焼室に対して小さく形成された窪みと、
   ピストン頂部に、その窪みと主燃焼室とを半径
   方向に連通すべく窪みと主燃焼室とを区画する
   互いの周側壁上部をその上方より窪ませて形成
   された連通部と、上記窪みにその窪み面を覆う
   ように被着され窪み内に実質的に副燃焼室を区
   画する断熱層であつて、当該断熱層がその上部
   開口縁にこれを縁取るようにして半径方向内方
   へ突出されたリツプを有しその主燃焼室側側部
   上部に上記連通部を実質的に構成する開放部を
   有して形成された断熱層と、上記連通部に臨ま
   せて設けられ全ての使用負荷時に上記副燃焼室
   内に微粒化燃料噴霧を供給する副噴口及び低負
   荷を越えたときから主燃焼室内に燃料噴霧を供
   給する主噴口を有して形成された燃料噴射ノズ
   ルとを備えたことを特徴とする直噴式デイーゼ
   ル燃焼室。 (2) 上記燃料噴射ノズルが、その副噴口が上記副
   燃焼室内に発生するスワールの順方向に臨ませ
   られ、その主噴口が上記主燃焼室内に発生され
   るスワールの順方向に臨ませられた上記実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の直噴式デイーゼ
   ル燃焼室。 (3) 上記燃料噴射ノズルがそのニードル弁が所定
   リフトに達するまでは副噴口のみを開放し、所
   定リフトを越えたときから副噴口及び主噴口を
   開放させるように構成された上記実用新案登録
   請求の範囲第１項又は第２項記載の直噴式デイ
   ーゼル燃焼室。 (4) 上記断熱層がセラミツクの如き断熱保温性に
   優れた材料から構成された上記実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の直噴式デイーゼル燃焼
   室。 (5) 上記主燃焼室及び上記副燃焼室が、その水平
   断面がそれぞれ円形に形成され、上記副燃焼室
   の開口径が上記主燃焼室の開口径より小さく形
   成された上記実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の直噴式デイーゼル燃焼室。