JPH063132B2 - 直噴式デイ−ゼルエンジン燃焼室 - Google Patents

直噴式デイ−ゼルエンジン燃焼室

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JPH063132B2
JPH063132B2 JP59210519A JP21051984A JPH063132B2 JP H063132 B2 JPH063132 B2 JP H063132B2 JP 59210519 A JP59210519 A JP 59210519A JP 21051984 A JP21051984 A JP 21051984A JP H063132 B2 JPH063132 B2 JP H063132B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直噴式ディーゼル機関に係り、特に、ピスト
ン頂部に容積の異なる主燃焼室と副燃焼室とを窪ませて
設け、これら主燃焼室と副燃焼室とに燃料を噴射して自
発的な燃焼を行わせるようにした直噴式ディーゼルエン
ジン燃焼室に関する。
［従来の技術とその問題点］ 一般に、直噴式ディーゼル内燃機関は、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いという問題がある。
このため、ピストン頂部を窪ませて設けられた半球状の
燃焼室の内壁に向けて燃料噴霧を供給し、燃料の蒸気と
燃焼用の空気とをスワールにより混合させて着火性の高
い予混合気を生成し、この予混合気を自発的に着火燃焼
させるようにしたいわゆるＭＡＮ−Ｍ方式機関がある。
しかしながら、このＭＡＮ−Ｍ方式機関は、噴射される
燃料を蒸発燃焼させる方式であるため大気温が低く、ま
た機関の冷却水温が低いという条件では、燃焼室の壁温
が低くなってしまうため十分な蒸発能力を持ち得ないと
いう問題があった。このため、燃焼室内に多くの未燃焼
料が生じ、多量の青白煙が排出されてしまっていた。ま
た大気、水温が常温の場合でも、アイドリング時等の軽
負荷時の場合にも、壁温が低いために燃焼未燃物（Ｈ
Ｃ）が多量に発生するという問題もあった。
なお、このような問題は、トロイダル型燃焼室で燃料噴
射制御した稀薄状態でも発生することが確認されてい
る。この原因は、着火した後、火炎伝播が正常になし得
ず吹き消されてしまうからである。
このような問題に鑑みた先行技術には特開昭49-50307号
公報（従来例ａ），実開昭51-33221号公報（従来例ｂ）
及び特開昭57-41417号公報（従来例ｃ）がある。
従来例ａは、第１０図に示す如く、ピストン頂部１にこ
れを深く窪ませていわゆるＭＡＮ−Ｍ方式機関の如き主
燃焼室２を形成し、シリンダヘッド２０内に、略球状の
小さな副燃焼室３を形成すると共に、シリンダヘッド２
０内にそれら燃焼室２，３を連通すべく連絡通路２１を
設けたものである。
従来例ｂは、第１１図に示す如く、ピストン６内に主燃
焼室２を形成しシリンダヘッド２０内に副燃焼室３を形
成し、そのピストン６内及びシリンダヘッド１内に、ピ
ストン６の上死点位置で主燃焼室２と副燃焼室３とを互
いに連通させる連絡通路２１をそれぞれ形成したもので
ある。
そしてこれら従来例ａ及び従来例ｂにおいて、シリンダ
ヘッド２０には、それぞれ副燃焼室３内及び主燃焼室２
内を臨ませて燃料噴射ノズル４が設けられている。
しかしながら従来例ａ及び従来例ｂに於いては、高負荷
時に連絡通路２１より主燃焼室２内に噴射される燃料噴
霧が、副燃焼室３の燃焼ガスによって着火してしまうた
めに、貫徹力を失ってしまうという問題がある。つま
り、主燃焼室２が不完全燃焼に陥ってスモーク発生に至
り、燃焼効率が低下してしまうという問題である。
従来例ｃは、ピストン６及びシリンダヘッド２０の少な
くとも一方に形成され吸気スワールＳが導入されるキャ
ビティ２４と、渦流生成用絞り孔２５を介して前記キャ
ビティ２４に連通した渦流副室２６と、噴射燃料の一部
を前記キャビティ２４の内壁２４ａに、残部を前記絞り
孔２５を介して渦流副室２６に供給する燃料噴射弁４を
備え、渦流副室２６における急速燃焼とキャビティ２４
に於ける燃料蒸発を利用した緩速燃焼とを併用し、前記
絞り孔２５は前記キャビティ２４に対してスワールＳ方
向に開口させ、燃料噴射方向に向く副絞り孔と、キャビ
ティ２４に対しスワール方向を向く主絞り孔とを有して
内燃機関の燃焼室を構成したものである。
つまり、従来例ｃは燃焼室の一部をピストン圧縮工程に
よって押し込み渦流が形成される渦流形式の副室２６と
し、噴射燃料の一部をその副室２６内で急速燃焼させる
と共に残りの噴射燃料をキャビティ２４の内壁２４ａに
噴射することによって、そのキャビティ２４内に前記副
室２６内で急速燃焼した燃焼ガスを噴出させて大きな空
気流動を発生させ、もってキャビティ２４の内壁２４ａ
に付着した燃料をフィルム状に引き延し、及びその結果
燃料蒸発の促進して緩速燃焼させようとしたものであ
る。
しかしながら、上記の如く構成された従来例Ｃは前記キ
ャビティ２４下に形成された前記副室２６内の急速燃焼
ガス流と、これによる発生熱によってキャビティ２４の
内壁２４ａに噴射される燃料の蒸発が過剰に行われてし
まうという虞が強く、これが高負荷時に於てはさらに顕
著となると考えられる。
このため従来例Ｃによっても、着火性に優れた予混合気
が多大に生成されてしまうという問題があった。すなわ
ち、これが上記副室２６よりの燃焼ガスによって着火さ
れると急激な燃焼がキャビティ２４内でも起きて、燃焼
圧力が急激に増大し、もって騒音が異常に高くなってし
まうという虞がある。
本発明は上記問題点を解消すべく創案されたもので、本
発明の目的は、低負荷時に発生する燃焼未燃物（ＨＣ）
及び青白煙の発生を抑制すると共に低負荷時から高負荷
時に至り、広範囲にわたって騒音低減化を図り、且つ緩
慢燃焼を達成することにある。
［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成するために、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副燃焼
室と、ピストン頂部に、その副燃焼室と主燃焼室との互
いの周側壁上部を半径方向に開放させて形成された連結
部分と、該連絡部分に臨ませて設けられ、全ての使用負
荷時に上記副燃焼室の内壁に燃料膜を生成すべく副燃焼
室の中心より外側でかつスワールの下流側へ向けて微粒
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
ら主燃焼室の内壁に燃料膜を生成すべく主燃焼室の中心
より外側でかつスワールの下流側へ向けて燃料噴霧を供
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。
［実施例］ 以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説明
する。
第１図乃至第３図に示される如くピストン頂部１には、
主燃焼室２と副燃焼室３とが窪ませられて形成されてい
る。これら主・副燃焼室２，３は、ピストン頂部１に並
設され且つ主燃焼室２と副燃焼室３とを区画する互いの
周側壁２ａ，３ａは、その上部を半径方向に開放させて
形成されている。ここでこの開放された部分が、主・副
燃焼室２，３を互いに連通させる連絡部分となる。
また、副燃焼室３の容積は、上記主燃焼室２と比べて小
容積に形成されている。つまり、副燃焼室３及び主燃焼
室２をその上面より見て、副燃焼室３の円形断面が主燃
焼室３の円形断面より小さく形成され、主燃焼室２と比
べて副燃焼室３が浅く窪まされている。
このように形成された上記主燃焼室２と副燃焼室３との
連絡部分には第４図に示す如く、これを臨むように燃料
噴射ノズル４が設けられている。この燃料噴射ノズル４
は図示しないシリンダヘッドに取り付けられる。また燃
料噴射ノズル４は、シリンダヘッドに取り付けられるノ
ズルボディ７内の弁座８にこれに昇降自在に着座するテ
ーパ部９を備えたニードル弁１０と、その弁座８より開
口されて上記副燃焼室３の内壁３ａに且つ第１図に示す
ようにこれより噴射される微粒化燃料噴霧が副燃焼室３
内に生成されるスワールＳの下流側に向けて噴射される
ように形成された副噴口１１と、上記ノズルボディ７の
先端部に上記ニードル弁１０の軸芯方向に沿って開口さ
れると共に、上記ニードル弁１０の先端側の縮径部１２
を収容し、これが開放されることにより、燃料を第１図
に示す如く主燃焼室２の内壁２ａに且つスワールＳの下
流側に噴射すべく設けられた主噴口１３とから構成され
ている。
また上記副噴口１１と主噴口１３とは上記ニードル弁１
０のリフト量に応じてそれぞれ開口されるようになって
いる。具体的には、所定リフト以下では副噴口１１が開
放され、そのリフト以上で主噴口１３も開放されるよう
になっている。
次に実施例の作用を説明する。
第１図に示される如く、図示しないスワールポートから
吸入されスワールＳ化された燃焼用空気は、主燃焼室２
及び副燃焼室３内でそれぞれ旋回する。
機関が低負荷時においてはニードル弁１０のリフトによ
って副噴口１１のみが開放され微粒化燃料噴霧が副燃焼
室３の内壁３ａに衝突する（第５図）。これによって微
粒化された燃料噴霧が形成され、その噴霧が副燃焼室３
のスワールＳ方向に沿って流れ、燃料フィルムＨを形成
する（第６図）。燃料フィルムＨの一部は、副燃焼室３
の内壁３ａより受熱して蒸発し、上記スワールＳ化され
た燃焼用空気と効果的に混合されて着火性に優れた予混
合気Ｆとなる（第１図）。また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、その時点で
既に微粒化されて小さいため第６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の内壁３ａに向けられているので、多くの燃
料は内壁３ａに沿って分布される。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、また副燃焼
室３内のスワールＳによって副燃焼室３内に燃焼ガスＥ
の大半が閉じ込められているため、副燃焼室３内の燃焼
は、急激に達成される。このため燃焼温度が上昇し、青
白煙の発生及び燃焼未燃物（ＨＣ）の生成は抑制され
る。
したがって低負荷時には、副燃焼室３内の燃焼平均温度
が上昇し、青白煙の発生及び燃焼未燃物（ＨＣ）の生成
は抑制される。
さらに、高負荷時に於いては、第１図、第２図及び第７
図に示す如く、上記主噴口１３よりも燃料噴霧が主燃焼
室２の内壁２ａに向けて、且つスワールＳの下流方向に
燃料が噴射され、上記同様に燃料フィルムＨと予混合気
Ｆが生成される。この時、副燃焼室３内の燃焼ガスＥの
一部が主燃焼室２内の予混合気Ｆに火炎伝播するため、
主燃焼室２の燃料フィルムＨが着火されて燃焼する。
しかし、主噴口１３より噴射される燃料は、副噴口１１
より噴射される燃料噴霧よりは大径であり、貫徹力が大
きいため、予混合気Ｆを過剰に生成することがない。こ
のためこれが着火しても主燃焼室２内では急激燃焼が起
こらない。
従って、予混合気Ｆが着火することによって発生された
熱により残りの燃料フィルムＨを速やかに蒸発せしめ、
この蒸気が燃焼していき第８図に示すように緩慢に燃焼
されることになり、これによって急激な主燃焼室２内の
圧力上昇は抑制され、騒音が低減される。すなわち、デ
ィーゼルノックは抑制される。また高負荷になる程主噴
口１３より噴射される燃料は増加し、最大では90％以上
噴射されることになるので上記作用は確実に達成され、
副燃焼室３より流入する火炎によって確実に着火される
ことになる。
第９図は従来のＭＡＮ−Ｍ方式機関と本発明の実施例と
の比較を示す図であり、燃焼室内圧力（bar）と、クラ
ンク角（°）との関係を示している。図においてＭＡＮ
−Ｍ方式機関（Ｐ１）に対して本発明の実施例（Ｐ２）
は副噴口１１より噴射される燃料の着火時期が早く、し
かも主噴口１３から噴射された燃料に対して確実に着火
を起こる。その後の燃焼圧力は、モータリング波形線
（ＰＯ）（燃料をカット時の燃焼室内圧力）の接線方向
に上昇し、且つ上記ＭＡＮ−Ｍ方式機関（Ｐ１）よりは
滑かなカーブで下降する。したがって全体として緩慢な
燃焼は達成されている。また図示される如く副噴口１１
よりの燃料が確実に着火されている時に主噴口１３から
燃料が噴射され、それが速やかに火炎伝播されているこ
とも確認できる。したがって、このような燃焼室では、
低セタン価又はアルコールを混合した粗悪燃料も燃料と
して使用することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば次の如き優れた効
果を発揮する。
(1)互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室のうち副燃焼
室をあらゆる使用負荷で燃焼に供し、主燃焼室を低負荷
を越えたときから燃焼に供し、そしてこれら主燃焼室及
び副燃焼室のそれぞれに燃料膜（燃料フィルム）と予混
合気とを生成させて、副燃焼室では急速な蒸発燃焼を、
主燃焼室では緩慢な蒸発燃焼を行わせるようにしたの
で、あらゆる使用負荷で着火遅れが短い緩慢燃焼を達成
することができ、青白煙及び燃焼未燃物（ＨＣ）を低減
することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の好適一実施例を示す図、第２図は本発
明の主燃焼室と副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズ
ルの噴射方向を示す概略断面図、第３図はピストン頂部
に形成された本発明の実施例の主燃焼室と副燃焼室とを
示す概略斜視図、第４図は第２図に示された燃料噴射ノ
ズルの概略断面図、第５図乃至第８図は本発明の主燃焼
室及び副燃焼室内に噴射される燃料が着火燃焼に至るま
での過程を示す図、第９図は従来のＭＡＮ−Ｍ方式機関
と本発明の実施例との比較を示す指圧線図、第１０図乃
至第１２図は従来例を示す図である。 図中、１はピストン頂部、２は主燃焼室、３は副燃焼
室、４は燃料噴射ノズル、１１は副噴口、１３は主噴口
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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副燃焼室と、ピストン頂部に、そ
    の副燃焼室と主燃焼室との互いの周側壁上部を半径方向
    に開放させて形成された連結部分と、該連結部分に臨ま
    せて設けられ、全ての使用負荷時に上記副燃焼室の内壁
    に燃料膜を生成すべく副燃焼室の中心より外側でかつス
    ワールの下流側へ向けて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の内壁に燃料膜
    を生成すべく主燃焼室の中心より外側でかつスワールの
    下流側へ向けて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
    式ディーゼルエンジン燃焼室。
  2. 【請求項２】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
    に構成された上記特許請求の範囲第１項記載の直噴式デ
    ィーゼルエンジン燃焼室。
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