JPH061048B2 - デイ−ゼル機関の燃焼装置 - Google Patents

デイ−ゼル機関の燃焼装置

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JPH061048B2
JPH061048B2 JP59042866A JP4286684A JPH061048B2 JP H061048 B2 JPH061048 B2 JP H061048B2 JP 59042866 A JP59042866 A JP 59042866A JP 4286684 A JP4286684 A JP 4286684A JP H061048 B2 JPH061048 B2 JP H061048B2
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spray
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combustion chamber
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裕司 小田
洋 中川
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3094Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は側方噴射式(中央噴射式に対して)ディーゼル
機関に関する。
第1図はこの種機関の要部を示す断面図である。01は燃
焼室、02はピストン、03は排気弁、04は燃料弁、05は燃
料噴霧である。第2図は第1図のII−II矢視断面図で、
04は燃料弁、06,07,08は燃料噴霧を示す。第3図は第1
図の燃料弁04の先端図で、09,10,11は噴口(等噴口径、
等間隔)である。
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、上死点近傍で燃料弁
04より燃料が噴射されて、第2図に3噴口の場合を示す
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、さらに比較的強い空気渦流により燃料と空気の
混合が促進されるため、空気利用率、燃焼効率の高い燃
焼が行われるが以下に示すような欠点を有している。
第2図に示すように、噴射された燃料は空気渦流Sw
より曲げられながら火災となって発達する。このとき燃
料噴霧と空気渦流の相対速度の差及び渦流の上流、下流
の位置の相違により、空気渦流の影響は燃焼室中央側の
噴霧に強く、外周側の噴霧に弱く働く。ところが、噴霧
の貫徹力はそれぞれの噴霧とも同等であるため、中央側
の噴霧は大きく曲げられ、外周側の噴霧は曲げられる量
が少ない。従って、全噴霧が一かたまりの形で発達し、
この領域では噴霧あるいは火災同志が干渉し燃焼が阻害
される。さらに中央部の噴霧が大きく曲げられるため、
燃焼室中央部に空気の未利用領域が存在し、空気利用率
が低下する。さらに、全燃料噴霧が同時に向い側の燃焼
室壁に到達するため、この部分で空気不足の状態となり
燃焼が阻害される。
これらにより、従来のシステムでは燃焼室内への空間
的、時間的な燃料配分が適当でなく、空気利用率、燃焼
効率が不十分となる。
本発明の目的は上記の点に着目し、側方噴射式(中央噴
射に対して)ディーゼル機関において、燃焼室への空間
的、時間的な燃料の分散を良好にし、空気利用率、燃料
効率の高い燃焼を行うことのできる燃焼装置を提供する
ことであり、その特徴とするところは、シリンダヘッド
の燃焼室周辺部にそれぞれ複数個の噴口を持つ複数個の
燃料弁を有し同燃焼室内に空気渦流が形成されるディー
ゼル機関の燃焼装置において、上記燃料弁の複数個の噴
口のうち、隣接する2個ずつの噴口を各々1組の噴口群
とし、燃焼室の外周部である外側に噴霧を形成する外側
の噴口群ほどその噴口径を燃焼室の中央部である内側に
噴霧を形成する内側の噴口群の噴口径よりも順に小さく
なるように形成し、上記の各噴口群では、隣接する噴口
の噴口径をd,dN+1とした時その平均値d=(d
+dN+1)/2と噴口の間隔Sとの比が(S/d)<5であ
り、隣接する噴口の水平面への投影における各噴口の軸
心線のなす角度αと垂直面への投影における各噴口の軸
心線のなす角度βが、噴口から離れるにつれて軸心線が
近づく場合を正として、それぞれ−9°<α<11°かつ
−9°<β<11°となるように噴口が形成され、形成さ
れた各々の噴霧群はそれぞれ合体し、合体した噴霧群は
一本の噴霧として発達すると共に、上記の合体より噴口
数がnを正の整数とした時に2n個の場合、全体として
n本の噴霧を形成することである。
以下図面を参照して本発明による実施例につき説明す
る。
第4図は本発明による1実施例の燃料弁の先端部を示す
説明図(4噴口の場合)、第5図は本発明による燃料弁
を用いた場合の隣接する2本の噴霧の合体を示す説明図
である。噴口N3とN4の例、噴口N1とN2も同様であ
る。第6図は噴口及び噴口軸心線の水平面への投影図、
即ち第4図のVI矢視図、第7図は噴口及び噴口軸心線の
垂直面への投影図、即ち第4図のVII矢視図である。第
8図はα=β=0の場合のS/dによる合体の到達距離増
大への効果を示す線図で、x0は噴霧一本の到達距離、
xは合体時の到達距離である。第9図はS/d=3の場合
のα、βによる合体の到達距離への効果を示す線図であ
る。第10図は本発明による実施例の燃料弁を用いた場合
の燃焼室内の燃料分散状態を示す説明図である。4噴口
で内側2本と外側2本の噴口径をそれぞれ等しく、外側
を小径に、内側を大径にし、かつそれぞれを合体させた
場合である。第11図は本発明による実施例の燃料弁を用
いた場合の燃焼室内の燃料分散状態を示す説明図であ
る。4噴口で、最も内側の噴口径が最大で外側に向って
順次噴口径が小さくなり、最も外側の噴口の噴口径が最
小で、かつ内側2本と外側2本とを合体させた場合であ
る。なお、4噴口以外の場合も噴口径と合体のための噴
射方向の設定は同様である。
一般に噴口数が2n個の場合(nは正の整数)、合体に
より全体としてn本の噴霧を形成する。また、噴口数が
2n+1個の場合、合体により全体としてn+1本の噴
霧を形成する。
第4図のN1〜N4は本発明による燃料弁の噴口(4噴口
の場合)を示す。
第5図の2θは噴口の拡がり角度を示す。
第10図において、12は燃焼室、13は燃料弁、14〜17は本
発明の燃料弁を用いた場合に形成される燃料噴霧、Sw
は燃焼室内空気渦流を示す。第11図においても第10図の
場合と同様である。
上記構成の場合の作用について述べる。
本発明による燃料弁を用いた場合、全体の噴口面積をそ
ろえて、噴口数を増した時(たとえば3孔から4孔にし
た場合)、一噴口あたりの噴口面積は絞られ、各噴霧は
微粒化が促進されて空気導入のよい噴霧が形成される。
また外側の噴口径を小さく内側の噴口径を大きくするこ
とにより、内側の噴霧と外側の噴霧で貫徹力と到達距離
に差を持たせ、かつそれぞれを合体させることにより外
側の噴霧、内側の噴霧それぞれの貫徹力が増す。
これにより第10図,第11図に4孔噴口の例を示すように
空気導入特性が良く十分な貫徹力を持ち、なおかつ内側
の噴霧の到達距離が外側の噴霧より長いような燃料噴霧
が全体として2本形成される。
上述の場合には次の効果がある。
従来の燃料弁を用いた装置では、各噴霧の貫徹力は同等
であるため空気渦流により内側の噴霧が大きく曲げら
れ噴霧同志の干渉が多くなり燃焼が阻害され、また燃
焼室中央に未利用の空間が残り、空気利用率が低下す
る。さらに、燃料弁の正面(反対側)の壁に全噴霧が
同時期に到達し空気不足となり、燃焼が阻害される等の
欠点がある。ここで、全体の噴霧内への空気導入量を増
すため、噴霧の数を増すと、必然的に各噴口の噴口径が
小さくなり、噴霧の貫徹力が減少して相対的に空気渦流
の影響が大きい状態となり、上記の燃焼阻害、空気利用
率の低下がより大きくなる。
本発明による場合は、外側の噴口を小さく内側の噴口を
相対的に大きくし、かつ外側の噴霧群と内側の噴霧群を
合体させることにより内側の噴霧群の貫徹力を外側の噴
霧よりも大きくし(到達距離も長くし)、上記の欠点
を防ぐことができる。また、同時に内側の噴霧の直進性
が特に増し、燃焼室中央部に燃料を分散することができ
るため、の欠点を改善することができる。また、内側
と外側の噴霧の到達距離に差を持たせているため、燃料
弁と反対側の壁に到達する時期が内側の噴霧と外側の噴
霧で異なるため、の空気不足の状態も改善される。
ここで噴霧の合体についての条件を述べる。噴霧の拡が
りは第5図に示す2θであり、通常は2θ=15°前後
である。また、第6図に示すように隣接する2本の噴霧
の水平面への投影において、各噴霧の軸心線のなす角度
をαとし、垂直面への投影における各噴霧の軸心線のな
す角度βとすると(α、βとの噴口から遠ざかるにつれ
て噴霧が接近する場合を正とする)、隣接する二噴口が
平行の場合(即ちα=β=0°の場合)、噴口径d〔本
発明の場合、2つの噴口径の平均値=(d+dN+1
/2〕と噴口間隔Sの比S/dにより合体の状態が決ま
り、第8図の実験結果に示すように、S/d<5で特に貫
徹力増大の効果が大きく得られ、S/d<5とすることが
望ましい(xは隣接する二本の噴霧の全体としての到達
距離、x0は噴霧一本の場合の到達距離)。
噴霧が平行でない場合及び同一平面上にない場合(空間
的にねじれの位置関係にある場合)でも、第9図にS/d
=3の時の実験結果を示すように、特に−9°<α<11
°、−9°<β<11°の時、到達距離は噴霧一本の場合
よりも大きくなり、噴霧合体による貫徹力増大の効果が
得られる。
第10図に内側2個、外側2個の噴口径がそれぞれ同一で
内側の噴口径を外側より大きくし、かつそれぞれ噴口群
で、S/d<5、−9°<α<11°、−9°<β<11°と
して、内側2本、外側2本を合体させた4噴口の例を示
し、第11図に最も内側の噴口の噴口径を最大にし、外側
の噴口に向かうにつれて順に噴口径を小さくし(最も外
側の噴口の噴口径が最小)、かつ内側2個と外側2個の
噴口をS/d<5〔d=(d+dN+1)/2〕、−9°<
α<11°、−9°<β<11°として内側2本、外側2本
の噴霧を合体させた場合の例を示すように、本発明によ
る燃料弁を用いることにより、それぞれの噴霧が微粒化
が良く空気導入の良い特性を有したままで、十分な貫徹
力を持ち、さらに相対的には内側の噴霧の貫徹力が増す
ため互いの干渉を防ぐことができ、また燃焼室中央近傍
の空間に燃料を分散させることができる。さらに、燃料
弁位置と反対側の壁に到達する時期が内側の噴霧と外側
の噴霧で異なるため、それぞれの噴霧への空気導入も良
好となり全体として空気利用率、燃焼効率の高い燃焼が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の側方噴射式ディーゼル機関の要部を示す
断面図、第2図は第1図のII−II矢視断面図、第3図は
第1図の燃料弁の先端部を示す説明図、第4図は本発明
による1実施例の先端部を示す説明図、第5図は本発明
による燃料弁を用いた場合の隣接する2本の噴霧の合体
を示す説明図、第6図は第4図のVI矢視図、第7図は第
4図のVII矢視図、第8図はS/dによる合体の到達距離増
大への効果を示す線図、第9図はα、βによる合体の到
達距離への効果を示す線図、第10図は本発明による1実
施例の燃料弁を用いた場合の燃焼室内の燃料分散状態を
示す説明図、第11図は本発明による他の実施例の燃料弁
を用いた場合の燃焼室内の燃料分散状態を示す説明図で
ある。 12…燃焼室,13…燃料弁,14〜17…燃料噴霧,N1〜N4
…噴口。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダヘッドの燃焼室周辺部にそれぞれ
    複数個の噴口を持つ複数個の燃料弁を有し同燃焼室内に
    空気渦流が形成されるディーゼル機関の燃焼装置におい
    て、上記燃料弁の複数個の噴口のうち、隣接する2個ず
    つの噴口を各々1組の噴口群とし、燃焼室の外周部であ
    る外側に噴霧を形成する外側の噴口群ほどその噴口径を
    燃焼室の中央部である内側に噴霧を形成する内側の噴口
    群の噴口径よりも順に小さくなるように形成し、上記の
    各噴口群では、隣接する噴口の噴口径をd,dN+1
    した時その平均値d=(d+dN+1)/2と噴口の間
    隔Sとの比が(S/d)<5であり、隣接する噴口の水平面
    への投影における各噴口の軸心線のなす角度αと垂直面
    への投影における各噴口の軸心線のなす角度βが、噴口
    から離れるにつれて軸心が近づく場合を正として、それ
    ぞれ−9°<α<11°かつ−9°<β<11°となるよう
    に噴口が形成され、形成された各々の噴霧群はそれぞれ
    合体し、合体した噴霧群は一本の噴霧として発達すると
    共に、上記の合体により噴口数がnを正の整数とした時
    に2n個の場合、全体としてn本の噴霧を形成すること
    を特徴とするディーゼル機関の燃焼装置。
JP59042866A 1984-03-08 1984-03-08 デイ−ゼル機関の燃焼装置 Expired - Lifetime JPH061048B2 (ja)

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