JPH06241050A - 予燃焼室式ディーゼル機関 - Google Patents
予燃焼室式ディーゼル機関Info
- Publication number
- JPH06241050A JPH06241050A JP2689293A JP2689293A JPH06241050A JP H06241050 A JPH06241050 A JP H06241050A JP 2689293 A JP2689293 A JP 2689293A JP 2689293 A JP2689293 A JP 2689293A JP H06241050 A JPH06241050 A JP H06241050A
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- JP
- Japan
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- combustion chamber
- nozzle
- fuel
- hole
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 予燃焼室式ディーゼル機関のＮＯx 発生量を
低減させる。 【構成】 主燃焼室１と、その上方を覆うシリンダヘッ
ド２内に設けられた予燃焼室５とは、噴口６の穴７を介
して連通している。予燃焼室の外周面にはヒータ線８が
巻かれ、予燃焼室の内面は３３０〜３８０℃に保持され
る。予燃焼室の上端に設けられた燃料噴射弁１１の多孔
ノズル１２は、高圧の燃料を供給されて比較的小さい複
数のノズル孔から粒径の中心値が数μｍの噴霧粒を噴出
する。この微細な燃料粒は予燃焼室の壁面に接触して瞬
時に膜沸騰し、ガス化する。主燃焼室での燃焼はリーン
バーンとなり、発生するＮＯx は大幅に低減する。
低減させる。 【構成】 主燃焼室１と、その上方を覆うシリンダヘッ
ド２内に設けられた予燃焼室５とは、噴口６の穴７を介
して連通している。予燃焼室の外周面にはヒータ線８が
巻かれ、予燃焼室の内面は３３０〜３８０℃に保持され
る。予燃焼室の上端に設けられた燃料噴射弁１１の多孔
ノズル１２は、高圧の燃料を供給されて比較的小さい複
数のノズル孔から粒径の中心値が数μｍの噴霧粒を噴出
する。この微細な燃料粒は予燃焼室の壁面に接触して瞬
時に膜沸騰し、ガス化する。主燃焼室での燃焼はリーン
バーンとなり、発生するＮＯx は大幅に低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は予燃焼室式ディーゼル機
関に関する。
関に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に予燃焼室式ディーゼル機関は、主
燃焼室と予燃焼室が噴口を介して連通しており、該予燃
焼室内に燃料噴射弁のノズルを配置した構成になってい
る。そして、このノズルとしては、一般に図５に示すよ
うなピントルノズル１００が用いられることが多かっ
た。ピントルノズル１００はノズル孔１０１が１個であ
り、そのノズル孔１０１の径は通常１〜１．５ｍｍ程度
である。そして３００〜４００気圧で供給される燃料に
よって棒状の弁体１０２をノズル本体１０３内で移動さ
せ、該ノズル孔１０１を開閉して燃料を直径５０μｍ位
の液滴にして噴射するように構成されている。
燃焼室と予燃焼室が噴口を介して連通しており、該予燃
焼室内に燃料噴射弁のノズルを配置した構成になってい
る。そして、このノズルとしては、一般に図５に示すよ
うなピントルノズル１００が用いられることが多かっ
た。ピントルノズル１００はノズル孔１０１が１個であ
り、そのノズル孔１０１の径は通常１〜１．５ｍｍ程度
である。そして３００〜４００気圧で供給される燃料に
よって棒状の弁体１０２をノズル本体１０３内で移動さ
せ、該ノズル孔１０１を開閉して燃料を直径５０μｍ位
の液滴にして噴射するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンの
燃焼は燃料の液滴燃焼となる。高温雰囲気の中で液滴の
表面より燃料が蒸発し、空気との混合が適当になった段
階で燃焼が始まる。この燃焼は、図４に示すようにＮＯ
x の発生が多い空気過剰率が１．０から１．１の範囲で
進行する。
燃焼は燃料の液滴燃焼となる。高温雰囲気の中で液滴の
表面より燃料が蒸発し、空気との混合が適当になった段
階で燃焼が始まる。この燃焼は、図４に示すようにＮＯ
x の発生が多い空気過剰率が１．０から１．１の範囲で
進行する。
【０００４】直接噴射式ディーゼル機関の燃焼はまさに
上述した液滴燃焼となるが、予燃焼室式ディーゼル機関
での燃焼はこれとは若干異なる。即ち、燃料の一部は予
燃焼室内で燃え、他の一部はガス化される。そして予燃
焼室内での燃焼による圧力上昇により、未然の燃料を含
む予燃焼室内の混合気は噴口から主燃焼室に噴出され、
主燃焼室内の空気と混合して燃焼する。主燃焼室内の燃
料は、ガス状で燃えるものだけでなく液滴で燃えるもの
もあり、ＮＯx 発生の低い空気過剰率の範囲で燃焼させ
ることは困難である。
上述した液滴燃焼となるが、予燃焼室式ディーゼル機関
での燃焼はこれとは若干異なる。即ち、燃料の一部は予
燃焼室内で燃え、他の一部はガス化される。そして予燃
焼室内での燃焼による圧力上昇により、未然の燃料を含
む予燃焼室内の混合気は噴口から主燃焼室に噴出され、
主燃焼室内の空気と混合して燃焼する。主燃焼室内の燃
料は、ガス状で燃えるものだけでなく液滴で燃えるもの
もあり、ＮＯx 発生の低い空気過剰率の範囲で燃焼させ
ることは困難である。
【０００５】特に前述した従来の予燃焼室式ディーゼル
機関においては、燃料噴射弁にピントルノズルを用いて
いたので、予燃焼室内に噴射された燃料の粒径が前述し
たように５０μｍ程度と大きく、燃料を予燃焼室内で十
分にガス化することができなかった。従って、燃料は液
滴のまま噴口から主燃焼室に入って燃焼に供される割合
が高く、その燃焼はＮＯx 発生率が高い空気過剰率の範
囲で進行する液滴燃焼が多くなる。このため、ＮＯx の
低減が不十分であるという問題があった。
機関においては、燃料噴射弁にピントルノズルを用いて
いたので、予燃焼室内に噴射された燃料の粒径が前述し
たように５０μｍ程度と大きく、燃料を予燃焼室内で十
分にガス化することができなかった。従って、燃料は液
滴のまま噴口から主燃焼室に入って燃焼に供される割合
が高く、その燃焼はＮＯx 発生率が高い空気過剰率の範
囲で進行する液滴燃焼が多くなる。このため、ＮＯx の
低減が不十分であるという問題があった。
【０００６】本発明は、予燃焼室内で燃料のガス化を完
了させ、主燃焼室でリーンバーン燃焼を実現させ、ＮＯ
x の発生を大幅に抑えることができる予燃焼室式ディー
ゼル機関を提供することを目的としている。
了させ、主燃焼室でリーンバーン燃焼を実現させ、ＮＯ
x の発生を大幅に抑えることができる予燃焼室式ディー
ゼル機関を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の予燃焼室式ディ
ーゼル機関は、主燃焼室に連通する予燃焼室に燃料噴射
弁のノズルを配置した予燃焼室式ディーゼル機関におい
て、前記ノズルを多孔ノズルとし、前記予燃焼室の壁面
温度を３００〜４００℃に保つ温度保持手段を設けたこ
とを特徴としている。
ーゼル機関は、主燃焼室に連通する予燃焼室に燃料噴射
弁のノズルを配置した予燃焼室式ディーゼル機関におい
て、前記ノズルを多孔ノズルとし、前記予燃焼室の壁面
温度を３００〜４００℃に保つ温度保持手段を設けたこ
とを特徴としている。
【０００８】
【作用】多孔ノズルから噴射された燃料は、粒径が例え
ば数μｍ程度の液滴となる。この液滴は、温度保持手段
によって３００〜４００℃に保持された予燃焼室の壁面
に接触して瞬時に膜沸騰し、ガス化する。ガス化した燃
料は一部が燃焼し、残りは噴口から主燃焼室内に噴射さ
れてＮＯx 発生の少ないリーンバーン領域で燃焼に供さ
れる。
ば数μｍ程度の液滴となる。この液滴は、温度保持手段
によって３００〜４００℃に保持された予燃焼室の壁面
に接触して瞬時に膜沸騰し、ガス化する。ガス化した燃
料は一部が燃焼し、残りは噴口から主燃焼室内に噴射さ
れてＮＯx 発生の少ないリーンバーン領域で燃焼に供さ
れる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を図１から図３を参照して
説明する。図１は、ディーゼル機関の主燃焼室１の上方
に配置されているシリンダヘッド２の断面を示す。シリ
ンダヘッド２内の冷却ジャケット３，４には略円筒形の
予燃焼室５が設けられている。この予燃焼室５の下端に
は、主燃焼室１の上部に臨む噴口６が接続連通されてい
る。この噴口６の下端には複数個の穴７が斜め下方の外
側に向けて形成され、前記予燃焼室５内の混合気を主燃
焼室１内に導くように構成されている。
説明する。図１は、ディーゼル機関の主燃焼室１の上方
に配置されているシリンダヘッド２の断面を示す。シリ
ンダヘッド２内の冷却ジャケット３，４には略円筒形の
予燃焼室５が設けられている。この予燃焼室５の下端に
は、主燃焼室１の上部に臨む噴口６が接続連通されてい
る。この噴口６の下端には複数個の穴７が斜め下方の外
側に向けて形成され、前記予燃焼室５内の混合気を主燃
焼室１内に導くように構成されている。
【００１０】前記シリンダヘッド２の冷却ジャケット
３，４に臨む前記予燃焼室５の外周面の一部には、温度
保持手段としてのヒータ線８が重ねて巻装されている。
このヒータ線８は円環形のカバー９によって覆われ、予
燃焼室５の壁体の外周面に固定されている。ヒータ線８
が設けられている予燃焼室５の壁体には、外面側から壁
体の中程に達するように温度計測手段としての熱電対１
０が設けられており、その検出温度から予燃焼室５の内
部の温度を推定できるようになっている。本実施例にお
いては、熱電対１０の検出温度に応じてヒータ線８のＯ
Ｎ・ＯＦＦを切り換えることにより、ヒータ線８による
加熱と冷却ジャケット３，４による冷却によって、予燃
焼室５の壁部の内面を３００〜４００℃に保持すること
ができる。
３，４に臨む前記予燃焼室５の外周面の一部には、温度
保持手段としてのヒータ線８が重ねて巻装されている。
このヒータ線８は円環形のカバー９によって覆われ、予
燃焼室５の壁体の外周面に固定されている。ヒータ線８
が設けられている予燃焼室５の壁体には、外面側から壁
体の中程に達するように温度計測手段としての熱電対１
０が設けられており、その検出温度から予燃焼室５の内
部の温度を推定できるようになっている。本実施例にお
いては、熱電対１０の検出温度に応じてヒータ線８のＯ
Ｎ・ＯＦＦを切り換えることにより、ヒータ線８による
加熱と冷却ジャケット３，４による冷却によって、予燃
焼室５の壁部の内面を３００〜４００℃に保持すること
ができる。
【００１１】前記予燃焼室５の開口した上端には、燃料
噴射弁１１が設けられている。燃料噴射弁１１は、前記
予燃焼室５の上端に臨む多孔ノズル１２と、該多孔ノズ
ル１２に燃料を導く供給部１３とを有している。
噴射弁１１が設けられている。燃料噴射弁１１は、前記
予燃焼室５の上端に臨む多孔ノズル１２と、該多孔ノズ
ル１２に燃料を導く供給部１３とを有している。
【００１２】図２に示すように、多孔ノズル１２の本体
１４の上部には、後述するニードルバルブ１５を案内す
るための摺動孔１６が形成されている。摺動孔１６には
油溜め１７と油通路１８が連続して形成されており、テ
ーパ状に形成された該油通路１８の端部は、サックホー
ル１９に連通している。略半球状の外形を有する本体１
４の先端部には、該サックホール１９と外部を連通する
ノズル孔２０が複数本例えば４〜８本形成されている。
また本体１４には、図示しない燃料噴射ポンプから前記
供給部１３を介して油溜め１７に燃料を供給するための
縦孔２１が形成されている。次に、前記本体１４にはニ
ードルバルブ１５が設けられている。即ちニードルバル
ブ１５の摺動部１５ａは前記摺動孔１６に案内されてお
り、該摺動部１５ａの先方に一体に形成された先端部１
５ｂは、油通路１８内に内壁と所定の隙間をおいて設け
られている。先端部１５ｂの先端はテーパ状に形成され
ており、該先端部を油通路１８の端部に密着させること
によって、サックホール１９を油通路１８に対して遮断
できるように構成されている。
１４の上部には、後述するニードルバルブ１５を案内す
るための摺動孔１６が形成されている。摺動孔１６には
油溜め１７と油通路１８が連続して形成されており、テ
ーパ状に形成された該油通路１８の端部は、サックホー
ル１９に連通している。略半球状の外形を有する本体１
４の先端部には、該サックホール１９と外部を連通する
ノズル孔２０が複数本例えば４〜８本形成されている。
また本体１４には、図示しない燃料噴射ポンプから前記
供給部１３を介して油溜め１７に燃料を供給するための
縦孔２１が形成されている。次に、前記本体１４にはニ
ードルバルブ１５が設けられている。即ちニードルバル
ブ１５の摺動部１５ａは前記摺動孔１６に案内されてお
り、該摺動部１５ａの先方に一体に形成された先端部１
５ｂは、油通路１８内に内壁と所定の隙間をおいて設け
られている。先端部１５ｂの先端はテーパ状に形成され
ており、該先端部を油通路１８の端部に密着させること
によって、サックホール１９を油通路１８に対して遮断
できるように構成されている。
【００１３】以上のような構成において、図示しない燃
料噴射ポンプから圧送されてきた燃料は縦孔２１を通っ
て油溜め１７に至り、その圧力によってニードルバルブ
１５は摺動部１５ａを摺動孔１６に案内されてリフトす
る。この時、先端部１５ｂの周囲の油通路１８を介して
燃料がサックホール１９に流れ込み、該燃料は各ノズル
孔２０より外部へ向けて噴射されることになる。本実施
例においては、前記ノズル孔２０の内径は０．３ｍｍ位
であり、燃料を例えば１０００気圧程の高圧で供給する
ことによって、噴射される燃料の粒径は数μｍから１０
〜３０μｍ程度の微細さとなる。
料噴射ポンプから圧送されてきた燃料は縦孔２１を通っ
て油溜め１７に至り、その圧力によってニードルバルブ
１５は摺動部１５ａを摺動孔１６に案内されてリフトす
る。この時、先端部１５ｂの周囲の油通路１８を介して
燃料がサックホール１９に流れ込み、該燃料は各ノズル
孔２０より外部へ向けて噴射されることになる。本実施
例においては、前記ノズル孔２０の内径は０．３ｍｍ位
であり、燃料を例えば１０００気圧程の高圧で供給する
ことによって、噴射される燃料の粒径は数μｍから１０
〜３０μｍ程度の微細さとなる。
【００１４】以上のように構成された予燃焼室５及び燃
料噴射弁１１等を備えたディーゼル機関の運転時には、
前記燃料噴射弁１１の多孔ノズル１２に従来よりも高い
１０００気圧程の高圧で燃料が供給される。この燃料
は、ピントルノズルのノズル孔よりも内径の小さい多孔
ノズル１２の複数のノズル孔２０から予燃焼室５内に噴
霧される。噴霧された燃料粒の粒径は中心が数μｍレベ
ルとなる。
料噴射弁１１等を備えたディーゼル機関の運転時には、
前記燃料噴射弁１１の多孔ノズル１２に従来よりも高い
１０００気圧程の高圧で燃料が供給される。この燃料
は、ピントルノズルのノズル孔よりも内径の小さい多孔
ノズル１２の複数のノズル孔２０から予燃焼室５内に噴
霧される。噴霧された燃料粒の粒径は中心が数μｍレベ
ルとなる。
【００１５】この時、予燃焼室５の壁体の温度は熱電対
１０によって測定・監視されており、その測定結果に応
じてヒータ線８に通電して予燃焼室５を加熱したり、又
は加熱を停止して冷却水によって予燃焼室５を冷却して
いる。この制御操作により、予燃焼室５の壁体の内面の
温度は３００〜４００℃の範囲、より好ましくは３３０
〜３８０℃の範囲に保持されている。
１０によって測定・監視されており、その測定結果に応
じてヒータ線８に通電して予燃焼室５を加熱したり、又
は加熱を停止して冷却水によって予燃焼室５を冷却して
いる。この制御操作により、予燃焼室５の壁体の内面の
温度は３００〜４００℃の範囲、より好ましくは３３０
〜３８０℃の範囲に保持されている。
【００１６】本発明者の知見によれば、図３に示すよう
に軽油の液滴が高温壁面に滴下した時の寿命は、壁面の
温度によって異なる。３００〜４００℃の範囲、より好
ましくは３３０〜３８０℃の範囲では、壁面に接触した
液滴の寿命はきわめて短く、ほとんど瞬間的に蒸発す
る。
に軽油の液滴が高温壁面に滴下した時の寿命は、壁面の
温度によって異なる。３００〜４００℃の範囲、より好
ましくは３３０〜３８０℃の範囲では、壁面に接触した
液滴の寿命はきわめて短く、ほとんど瞬間的に蒸発す
る。
【００１７】従って本実施例によれば、多孔ノズル１２
から噴射された粒径が数μｍレベルの微細な燃料の噴霧
粒は、３３０〜３８０℃に加熱・保持された予燃焼室５
の内壁に衝突し、瞬時に膜沸騰を起こしてガス化する。
一部の燃料は燃焼するが、大部分のガス化した燃料は噴
口６の穴７から主燃焼室１内へ噴出されてリーンバーン
のガス化燃焼をする。これにより、予燃焼室５でのＮＯ
x レベルは、従来の４００〜５００ｐｐｍからガスエン
ジン並の１００ｐｐｍへと大きく改善される。
から噴射された粒径が数μｍレベルの微細な燃料の噴霧
粒は、３３０〜３８０℃に加熱・保持された予燃焼室５
の内壁に衝突し、瞬時に膜沸騰を起こしてガス化する。
一部の燃料は燃焼するが、大部分のガス化した燃料は噴
口６の穴７から主燃焼室１内へ噴出されてリーンバーン
のガス化燃焼をする。これにより、予燃焼室５でのＮＯ
x レベルは、従来の４００〜５００ｐｐｍからガスエン
ジン並の１００ｐｐｍへと大きく改善される。
【００１８】
【発明の効果】本発明の予燃焼室式ディーゼル機関は、
予燃焼室に臨む燃料噴射弁のノズルに多孔ノズルを用い
て噴霧粒を微細化し、さらに予燃焼室の壁面温度を３０
０〜４００℃に保持して前記噴霧粒を瞬間的にガス化す
るように構成してある。従って本発明によれば、主燃焼
室でのリーンバーンの燃焼が実現でき、ガスエンジン並
の大幅なＮＯx 低減がディーゼル機関においても達成で
きる。
予燃焼室に臨む燃料噴射弁のノズルに多孔ノズルを用い
て噴霧粒を微細化し、さらに予燃焼室の壁面温度を３０
０〜４００℃に保持して前記噴霧粒を瞬間的にガス化す
るように構成してある。従って本発明によれば、主燃焼
室でのリーンバーンの燃焼が実現でき、ガスエンジン並
の大幅なＮＯx 低減がディーゼル機関においても達成で
きる。
【図１】本発明の一実施例の要部断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施例において用いられる
多孔ノズルの断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大
図である。
多孔ノズルの断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大
図である。
【図３】高温壁面上に滴下した液滴の寿命を示すグラフ
である。
である。
【図４】空気過剰率に対するＮＯx 等の生成傾向を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】（ａ）は従来の予燃焼室式ディーゼル機関に用
いられていたピントルノズルの断面図であり、（ｂ）は
（ａ）の部分拡大図である。
いられていたピントルノズルの断面図であり、（ｂ）は
（ａ）の部分拡大図である。
１ 主燃焼室 ５ 予燃焼室 ８ 温度保持手段としてのヒータ線 １１ 燃料噴射弁 １２ 多孔ノズル
Claims (1)
- 【請求項１】 主燃焼室に連通する予燃焼室に燃料噴射
弁のノズルを配置した予燃焼室式ディーゼル機関におい
て、前記ノズルを多孔ノズルとし、前記予燃焼室の壁面
温度を３００〜４００℃に保つ温度保持手段を設けたこ
とを特徴とする予燃焼室式ディーゼル機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5026892A JP2646952B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 予燃焼室式ディーゼル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5026892A JP2646952B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 予燃焼室式ディーゼル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241050A true JPH06241050A (ja) | 1994-08-30 |
| JP2646952B2 JP2646952B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=12205905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5026892A Expired - Fee Related JP2646952B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 予燃焼室式ディーゼル機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2646952B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140376593A1 (en) * | 2013-06-24 | 2014-12-25 | Weston Aerospace Limited | Thermocouple |
| JP2019120170A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
| US10837355B2 (en) | 2017-12-28 | 2020-11-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Internal combustion engine |
| US11236719B2 (en) | 2018-12-26 | 2022-02-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58160510A (ja) * | 1982-03-19 | 1983-09-24 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | デイ−ゼル機関の副室式燃焼室 |
| JPH0370816A (ja) * | 1989-08-10 | 1991-03-26 | Isuzu Motors Ltd | 副室断熱エンジンの温度制御装置 |
| JPH04330325A (ja) * | 1991-04-27 | 1992-11-18 | Isuzu Motors Ltd | 燃料噴射ノズル |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP5026892A patent/JP2646952B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9733131B2 (en) * | 2013-06-24 | 2017-08-15 | Weston Aerospace Limited | Thermocouple |
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| US11236719B2 (en) | 2018-12-26 | 2022-02-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2646952B2 (ja) | 1997-08-27 |
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