JPH06264745A - 渦流室付きエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、機関の排煙濃度を低減し、燃費
を改善できる渦流室付きエンジンを提供することにあ
る。 【構成】 主室Ｃより噴口５を通してエアを渦流室４内
に旋回流として流入し、インジェクタ１２によって燃料
噴射を行って混合気の旋回流Ｆを生成し、噴口５より着
火済の混合気を主室Ｃに噴出させて燃焼を完了させるも
ので、旋回流Ｆの方向と直行する向きＬ４に長手方向を
向けて配備されると共に複数の噴口１５が形成されたペ
ンシルノズル１１付きインジェクタ１２を設け、噴口１
５は旋回中心部より旋回流Ｆの方向と直行する方向に各
々異なる噴霧流束ａを噴霧するように形成されたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は渦流室に燃料噴霧を行う
渦流室付きエンジン、特に、渦流室内に旋回流を生成さ
せてエアとインジェクタによって噴霧した燃料の混合を
行わせ、着火を比較的早期に行うことの出来る渦流室付
きエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮着火式のディーゼルエンジンの内、
渦流室付きエンジンは直噴式ディーゼルエンジンと比べ
て圧縮比が高く、着火遅れが少なく、初期の熱発生率を
比較的低く押えられ、ＮＯxの発生率を低減でき、排煙
濃度を低減することが出来、多用されている。例えば、
図１１対向に示すように、この渦流室付きエンジンはシ
リンダブロック１内の主室Ｃとシリンダヘッド３内の渦
流室４とに挾まれた口金２上の噴口５を通して連通され
ている。このエンジンはシリンダブロック１内で摺動す
るピストン６が圧縮上死点近傍にあるとき、ピストン６
の頂面上の凹部７により主室Ｃを形成している。他方、
渦流室４は、噴口５の上開口５０１を中央部として環状
に形成される筒状壁面４０２と、筒状壁面４０２の上端
縁に連続して形成されると共に上開口５０１からの上向
き流ｆ１を下向き流ｆ２に偏向させる半円球状のドーム
壁面４０１と、筒状壁面の下端縁に連続して形成され下
向き流ｆ２を上開口５０１に向けて流れる低壁流ｆ３に
偏向させる低壁面２０１とを備える。ここで、ドーム壁
面４０１の中央部分には渦流室４の中心線Ｌ３に対して
所定量傾斜してインジェクタ装着孔８が形成され、そこ
にスロットルノズル型のインジェクタ９が取り付けられ
ている。

【０００３】ここでエンジンはその圧縮行程でピストン
頂面Ｐｆ上の主室Ｃより、この主室と渦流室４とに挾ま
れた口金２上の噴口５を通して渦流室４にエアを押し込
み、渦流室内に流入されて縦向き旋回流Ｆと成ったエア
に圧縮行程終期にインジェクタ９より燃料を噴霧する。
すると燃料の噴霧流束は縦向き旋回流Ｆによってエアと
の撹拌を促進され、混合気が生成され、この混合気が着
火して燃焼膨張を開始する。この燃焼膨張を開始した混
合気は噴口５よりピストン頂面Ｐｆに対して所定の噴口
角βで噴出され、主室Ｃのエア中に火炎を拡散して主燃
焼し、エンジンは燃焼膨張行程を行うことと成る。この
ように、渦流室付きエンジンでは渦流室４に混合気を生
成してそれを確実に着火させ、主室Ｃに噴出させる役割
を持ち、主室Ｃは渦流室４にて着火した混合気を完全に
燃焼させる役割を持つことと成る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示す
ように、このような渦流室付きエンジンの用いるスロッ
トルノズル型のインジェクタ９は適時に単一の噴霧流束
を噴霧しており、この噴霧流束は縦向き旋回流Ｆによっ
て拡散されて、筒状壁面４０２の下部、低壁面２０１及
び環状傾斜面２０２等に付着し、その上で縦向き旋回流
Ｆの働きでエア中に蒸発拡散し、着火されることと成
る。このように、スロットルノズル型のインジェクタ９
によって燃料を渦流室４に噴霧した場合、渦流室４の一
部に偏って燃料粒が噴霧され、この燃料粒を渦流室４の
全域に一様に分散して噴霧することは出来なかった。結
果として、縦向き旋回流Ｆの働きを持ってしても、空気
と燃料粒との撹拌が十分には無されず、渦流室４の空気
と燃料粒とが接触する比率、即ち空気利用率が比較的低
く、燃焼期間が延びる傾向にあり、機関の排煙濃度を十
分に低減出来ず、燃費も悪化するという問題が有った。

【０００５】本発明の目的は渦流室内での燃料粒の空気
利用率を向上させて、排煙濃度を低減し、燃費を改善で
きる渦流室付きエンジンを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明はエンジンの主室より噴口を通して渦流室
にエアを流入させ、しかも上記渦流室にインジェクタに
よって燃料噴射を行って混合気の旋回流を生成し、この
混合気を着火してから上記噴口より上記主室に着火済の
混合気を噴出させて燃焼を完了させる渦流室付きエンジ
ンにおいて、上記渦流室内に上記旋回流の方向と直行す
る向きに長手方向を向けて配備されると共に複数の噴口
が形成されたペンシルノズル付きインジェクタを設け、
上記複数の噴口は上記旋回流の旋回中心部より上記旋回
流の方向と直行する方向に各々異なる噴霧流束を噴霧す
るように形成されたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】ペンシルノズル付きインジェクタが渦流室内に
旋回流の方向と直行する向きに長手方向を向けて配備さ
れ、ペンシルノズルの複数の噴口が旋回流の旋回中心部
より旋回流の方向と直行する方向に各々異なる噴霧流束
を噴射するので、ペンシルノズル付きインジェクタが旋
回流の流動の邪魔とならず、旋回エネルギの低減を防止
出来、しかも、渦流室の旋回流中に分散して各々異なる
噴霧流束を噴霧出来、空気利用率を向上出来る。

【０００８】

【実施例】図１の渦流室付きエンジンは直列４気筒ディ
ーゼルエンジンであり、エンジンの主室Ｃより噴口５を
通して渦流室４にエアを流入させ、燃料との混合気を生
成し、この混合気を着火させた上で噴口５より主室Ｃに
噴出させて主燃焼を完了させる。この渦流室付きエンジ
ンは各シリンダ毎に図１に示すような主室Ｃ及び渦流室
４を備えており、ここでは第１気筒のみを示した。この
渦流室付きエンジンは図１１に示したエンジンと比べ
て、渦流室４に設けられるインジェクタ１１及びその取
付け構成が相違する点を除くとそれ以外の部分がほぼ同
様の構成を採っており、ここでは重複説明を略す。主室
Ｃはピストン頂面Ｐｆとシリンダヘッド３の主室Ｃとの
対向部とシリンダブロック１内のシリンダ内壁とで区分
される空間であり、その容積はピストン６の上下動に応
じて変化する。

【０００９】ここで、ピストン頂面Ｐｆはピストン６の
摺動方向のピストン中心線Ｌ１に対して垂直な面であ
り、その頂面Ｐｆ上の噴口５との対向部の中心とピスト
ン中心ｐｏ（図２参照）とを結ぶ噴口対向部中心線Ｌ２
を中心にして凹部７が凹設される。渦流室４はシリンダ
ヘッド３に釣鐘状空間として凹設され、その低壁がシリ
ンダヘッド３に一体的に結合される口金２で形成され
る。口金２はシリンダブロック１内の主室Ｃとシリンダ
ヘッド３内の渦流室４とに挾まれ、この口金２上の噴口
５を通して主室Ｃと渦流室４とが連通されている。

【００１０】口金２上に形成された噴口５は、図１に示
すようにその噴口長手方向がピストン頂面Ｐｆ側に向け
て傾斜した状態で伸びており、その渦流室４側の上開口
５０１と主室Ｃ側の下開口５０２との間における噴口流
路の直交断面はほぼ楕円状を呈する。しかも、ここでは
上開口５０１側より下開口５０２側の噴口角βの方が小
さく形成され、これによって主室Ｃに噴出される混合気
の水平方向（図１において）の速度変換効率を高め、混
合気の主室Ｃでのベネトレーションの低下を防止してい
る。

【００１１】渦流室４はピストン頂面Ｐｆに対して垂直
な渦流室中心線Ｌ３を備えるように形成される。この渦
流室４は噴口５の上開口５０１を中央部として環状に形
成される筒状壁面４０２と、筒状壁面４０２の噴口と反
対端側である上端側に続いて形成されるドーム壁面４０
１と、筒状壁面４０２の噴口端側である下端側に続き形
成される低壁面２０１と、低壁面２０１と筒状壁面４０
２の下端との間に配設される環状傾斜面２０２とを備え
る。このような渦流室４はエンジンの圧縮行程時に噴口
の上開口５０１からの上向き流ｆ１を受入れ、これを環
状傾斜面２０２及び筒状壁面４０２によって噴口と反対
側である上方にガイドし、ドーム壁面４０１によって上
向き流ｆ１を下向き流ｆ２に偏向させ、環状傾斜面２０
２及び下向き流偏向側低壁面１１１によって下向き流ｆ
２を噴口の上開口１２１に向けて流れる低壁流ｆ３に偏
向させ、結果として縦向き旋回流Ｆを生成する。この縦
向き旋回流Ｆは図１の紙面と垂直な線、即ち、図２中の
旋回流の方向と直行する向きの旋回中心線Ｌ４を渦中心
として旋回し、その旋回エネルギによって適時にインジ
ェクタ９より噴射された燃料をエアと撹拌できる。

【００１２】渦流室４には燃料噴射を行うインジェクタ
１２が装着される。図３に示すように、インジェクタ１
２はペンシル型のペンシルノズル１１と同ノズルを保持
すると共に図示しない燃料供給手段側よりの燃料をノズ
ル内の燃料路１４に導く保持器１３とで成り、その長手
方向を旋回中心線Ｌ４に沿って配備される。ペンシルノ
ズル１１は燃料路１４と油溜との間を開閉する針弁１１
１を備え、同針弁１１１はその中央段部１１１ａの受け
る燃料圧のレベルに応じて開閉作動する。このペンシル
ノズル１１の先端部には図４（ｂ）に示すような開口形
状が円形の噴孔１５が形成される。しかも、図４（ａ）
に示すように、ペンシルノズル１１の先端部にはその周
縁方向に沿って等間隔で５つのノズル噴孔１５が形成さ
れ、図３に示すこれらノズル噴孔１５の中心点ｎｃは図
１に示す渦流室中心線Ｌ３と図３に示す旋回中心線Ｌ４
及び噴口対向部中心線Ｌ２との交差位置上に配設され
る。このため、各ノズル噴孔１５からの各々異なる噴霧
流束ａは旋回流Ｆの旋回中心部より旋回流の方向と直行
する方向（図１において紙面の方向）に噴霧されるよう
に形成されている。

【００１３】図１の渦流室付きエンジンの各気筒はそれ
ぞれ圧縮行程に入ると、主室Ｃのエアが噴口５から上向
き流ｆ１となって渦流室４に流入し、これを環状傾斜面
２０２及び筒状壁面４０２によって噴口と反対側である
上方にガイドし、ドーム壁面４０１によって上向き流ｆ
１を下向き流ｆ２に偏向させ、環状傾斜面２０２及び低
壁面２０１によって下向き流ｆ２を噴口の上開口５０１
に向けて流れる低壁流ｆ３に偏向させ、結果として図２
に示す旋回中心線Ｌ４を中心に旋回する縦向き旋回流Ｆ
を生成する。

【００１４】このような縦向き旋回流Ｆに対してペンシ
ルノズル１１の先端部の５つのノズル噴孔１５より図１
に示すにその周縁方向に沿って等間隔で配設された５つ
のノズル噴孔１５が５つの噴霧流束ａを噴霧する。する
と５つの噴霧流束ａの各燃料粒は渦流室４のほぼ全域に
わたって分散噴霧され、これに縦向き旋回流Ｆの旋回エ
ネルギを受けるエアが混合して燃料粒とエアとの混合が
促進され、この点から空気利用率を十分に向上出来、早
期着火がなされることと成る。しかも、ペンシルノズル
１１はその長手方向が旋回中心線Ｌ４に沿って設けら
れ、縦向き旋回流Ｆの旋回運動の邪魔とならず、その旋
回エネルギを低減せず、この点でも燃料粒とエアとの混
合を促進出来る。

【００１５】更に、図１の渦流室付きエンジンの各気筒
がそれぞれ燃焼行程に入った時点では、比較的早く着火
して燃焼膨張を開始した混合気の低壁流ｆ３を方向転換
させて噴口５内に導き、所定の噴口角βで噴口５の下開
口５０２より主室Ｃに噴出させる。これによって混合気
はそのベネトレーションによって主室Ｃの噴口５との対
向部と反対側に向けて拡散され、早期に着火済の混合気
が主室Ｃ中のエアと更に撹拌され、早期に燃焼が進み、
燃焼期間が短縮され、機関の排煙濃度を低減出来、燃費
も改善される。上述の処において、渦流室付きエンジン
の用いたペンシルノズル１１はその先端部の周縁方向に
沿って等間隔で５つのノズル噴孔１５を形成され、旋回
中心線Ｌ４と直行する方向で、渦流室中心線Ｌ３と噴口
対向部中心線Ｌ２とを含む平面方向に噴霧流束ａを噴霧
するように構成されていた。

【００１６】これに代えて、図５、図６には、本発明の
他の実施例としての渦流室付きエンジンを示した。ここ
で用いたペンシルノズル１１ａは図１のペンシルノズル
１１と同様に装着され、そのノズル噴孔１５の数と配置
構成のみが相違する。即ち、ここでのペンシルノズル１
１ａはその先端部の周縁方向に沿って等間隔で６つのノ
ズル噴孔１５（図４参照）を形成される。しかも、旋回
中心線Ｌ４と直行する方向で、渦流室中心線Ｌ３と噴口
対向部中心線Ｌ２とを含む平面（図５の紙面に相当す
る）を挾み噴射方向が異なる２組の噴孔列に区分して形
成される。即ち、ここでは、ペンシルノズル１１ａの先
端部の周縁方向に沿って１つおきに区分される３つのノ
ズル噴孔１５は各噴霧流束ｂ１，ｂ２，ｂ３を図６にお
いて噴口対向部中心線Ｌ２の上側に噴霧し、他の３つの
ノズル噴孔１５は各噴霧流束ｃ１，ｃ２，ｃ３を図６に
おいて噴口対向部中心線Ｌ２の下側に噴霧するように形
成されている。

【００１７】図５、図６の渦流室付きエンジンの場合、
縦向き旋回流Ｆに対してペンシルノズル１１の先端部の
６つのノズル噴孔１５より２組の噴霧流束ｂ１，ｂ２，
ｂ３及び噴霧流束ｃ１，ｃ２，ｃ３を渦流室４内に噴霧
出来る。これら２組の噴霧流束は、図１のペンシルノズ
ル１１以上に、旋回中心線Ｌ４の方向により大きく分散
して燃料粒を噴霧出来、渦流室４のほぼ全域にわたって
燃料粒を十分に分散噴霧でき、これに縦向き旋回流Ｆの
旋回エネルギを受けたエアが混合して燃料粒とエアとの
混合が十分に促進され、この点から早期着火がより確実
になされることと成る。このため、主室Ｃ中のエアと早
期に燃焼が進み、燃焼期間が短縮され、機関の排煙濃度
を低減出来、燃費も改善される。更に、図７乃至図９に
は、本発明の他の実施例としての渦流室付きエンジンを
示した。

【００１８】ここで用いたペンシルノズル１１ｂは図１
のペンシルノズル１１と同様に装着され、そのノズル噴
孔１５の形状構成のみが相違する。即ち、ここでのペン
シルノズル１１ｂはその先端部の周縁方向に沿って等間
隔で５つのノズル噴孔１５ｂ（図９参照）が形成され
る。このノズル噴孔１５ｂは、旋回中心線Ｌ４の方向の
幅ｍがそれと直行する方向の幅ｎより大きく形成され、
その開口面積はほぼ図４（ｂ）のペンシルノズル１１の
ノズル噴孔１５と同様に形成される。図７乃至図９の渦
流室付きエンジンの場合、縦向き旋回流Ｆに対してペン
シルノズル１１の先端部の５つのノズル噴孔１５より５
つの噴霧流束ｄを渦流室４内に噴霧出来る。これら噴霧
流束ｄは、渦流室中心線Ｌ３と噴口対向部中心線Ｌ２と
を含む平面方向に噴霧流束ｄを分散して噴霧でき、特
に、図１のペンシルノズル１１以上に、旋回中心線Ｌ４
の方向の噴霧角αｄを十分に大きくして噴霧出来、燃料
粒を渦流室４のほぼ全域にわたって十分に分散噴霧で
き、これに縦向き旋回流Ｆの旋回エネルギを受けたエア
が混合して、燃料粒とエアとの混合が十分に促進され、
この点から早期着火がより確実になされることと成る。
このため、主室Ｃ中のエアと早期に燃焼が進み、燃焼期
間が短縮され、機関の排煙濃度を低減出来、燃費も改善
される。

【００１９】更に、図１０には、本発明の他の実施例と
しての渦流室付きエンジンを示した。 ここでは図１の
渦流室付きエンジンの渦流室４に代えて、平断面視が矩
形の渦流室４’を用い、同渦流室４’の旋回中心線Ｌ４
に沿って配設されるペンシルノズル１１は図１のものと
同様のものが装着される。この場合も縦向き旋回流Ｆに
対してペンシルノズル１１は邪魔とならず、その旋回エ
ネルギを低減せず、この点でも燃料粒とエアとの混合を
促進出来る。しかも、渦流室４の旋回中心線Ｌ４方向の
幅に対し、５つのノズル噴孔１５よりの噴霧流束ｅの噴
霧幅がほぼ一致するように設定しておけば、渦流室４の
ほぼ全域に噴霧流束ｄを確実に分散して噴霧でき、これ
に縦向き旋回流Ｆの旋回エネルギを受けたエアが混合し
て、燃料粒とエアとの混合が十分に促進され、この点か
ら早期着火がより確実になされることと成る。このた
め、主室Ｃ中のエアと早期に燃焼が進み、燃焼期間が短
縮され、機関の排煙濃度を低減出来、燃費も改善される

【００２０】。

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ペンシ
ルノズル付きインジェクタが渦流室内に旋回流の方向と
直行する向きに長手方向を向けて配備されるので、ペン
シルノズルが旋回流の運動の邪魔とならず、その旋回エ
ネルギを低減すること無く、燃料粒とエアとの混合を促
進出来る。しかも、ペンシルノズルの複数の噴口が渦流
室の旋回流中に噴霧流束を分散して噴霧出来、空気利用
率を向上出来、この点から早期着火がより確実になされ
ることと成る。このため、主室Ｃ中のエアと早期に燃焼
が進み、燃焼期間が短縮され、機関の排煙濃度を低減出
来、燃費も改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の渦流室付きエンジンの要部概略断面図
である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】図１中のインジェクタの拡大要部断面図であ
る。

【図４】（ａ）は図１中のインジェクタのペンシルノズ
ルのノズル噴孔の拡大断面図、（ｂ）は同上ペンシルノ
ズルの拡大部分側面図である。

【図５】本発明の他の実施例としての渦流室付きエンジ
ンの要部概略断面図である。

【図６】図５中の渦流室の要部平断面図である。

【図７】本発明の他の実施例としての渦流室付きエンジ
ンの要部概略断面図である。

【図８】図７中の渦流室の要部平断面図である。

【図９】図７中の渦流室付きエンジンのペンシルノズル
の拡大部分側面図である。

【図１０】本発明の他の実施例としての渦流室付きエン
ジンの要部概略断面図である。

【図１１】従来エンジンの要部概略断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ３ シリンダヘッド ４ 渦流室 ５ 噴口 ６ ピストン １１ ペンシルノズル １１ａ ペンシルノズル １１ｂ ペンシルノズル １２ インジェクタ １２ａ インジェクタ １２ｂ インジェクタ Ｆ 縦向き旋回流 Ｐｆ ピストン頂面 Ｃ 主室 Ｌ２ 噴口対向部中心線 Ｌ３ 渦流室中心線 Ｌ４ 旋回中心線 ａ 噴霧流束 ｂ 噴霧流束 ｃ 噴霧流束 ｄ 噴霧流束 ｅ 噴霧流束

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの主室より噴口を通して渦流室に
   エアを流入させ、しかも上記渦流室にインジェクタによ
   って燃料噴射を行って混合気の旋回流を生成し、この混
   合気を着火してから上記噴口より上記主室に着火済の混
   合気を噴出させて燃焼を完了させる渦流室付きエンジン
   において、上記渦流室内に上記旋回流の方向と直行する
   向きに長手方向を向けて配備されると共に複数の噴口が
   形成されたペンシルノズル付きインジェクタを設け、上
   記複数の噴口は上記旋回流の旋回中心部より上記旋回流
   の方向と直行する方向に各々異なる噴霧流束を噴霧する
   ように形成されたことを特徴とする渦流室付きエンジ
   ン。