JPH0755294Y2 - 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は直接噴射式ディーゼル機関の燃焼装置に関す
る。

〔従来の技術〕 第４〜５図は、従来形の直接噴射式ディーゼル機関の燃
焼室及び燃料噴射弁の要部断面図を示している。

従来例ではピストン101のほぼ中央に円筒形燃焼室101a
が１ケ配設され、シリンダヘッド102に取付られた燃料
噴射弁103は数個の噴孔を有し、その円筒形燃焼室101a
の中央上部より放射状に燃料噴霧104を噴射し着火燃焼
させている。前記従来形の燃焼装置では、燃焼室径が比
較的大きいため、燃料噴霧104が燃焼室壁面101bに衝突
する手前で着火する。この時周辺に充分な空気が存在す
るため火炎は急激に拡散する。次に噴霧火炎は燃焼室10
1bに沿って左右に拡散し、相隣る噴霧火炎と衝突し、燃
焼室中央部へ折返し全体的に拡散する。又従来、燃焼室
内に円周方向の渦流（スワール）SWを発生させ、燃焼行
程後半の燃焼の促進を図っているが、この場合、燃料噴
霧はスワールSW下流方向へ大部分が流され、又噴霧火炎
も下流に向かって拡散し燃焼室内を一方向へぐるぐる回
転する。この時相隣る噴霧火炎どうしの干渉は比較的少
なく、互いにミクロ的拡散も殆どないまま燃焼は進行し
て終了する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが従来の直接噴霧式ディーゼル機関の燃焼室直径
は、ピストン径に対し0.5〜0.6以上で比較的に大きい。
このため、燃焼室中央に配設した燃料弁から噴射された
燃料噴霧が、燃焼室の壁に衝突するまでに充分な空間が
あり空気が存在するため、着火後急激な火炎拡散が起き
高温度の燃焼となることから、燃焼の初期に多量のNO_x
発生の原因となっている。

又燃焼の中期、後期では燃焼室での燃料と空気の混合が
均一とならないため、局部的に空気不足による黒煙の発
生や燃費悪化等が問題となっている。

このことは、従来のような単純な円筒形では燃焼室中央
から単純に燃料を噴射する方式では、燃料と空気とのミ
クロ的混合を時間的かつ空間的に制御できないことが原
因と考えられる。

本考案の目的は前記従来装置の問題点を解消し、燃焼初
期には急激な燃焼を抑制してNO_xの発生を減少させ、燃
焼の中後期には充分な空気量の確保と旋回運動を与えて
黒煙の発生を抑え、燃焼効率と燃費の改善をはかること
のできる直接噴射ディーゼル機関の燃焼装置を提供する
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の直接噴射式ディゼル機関の燃焼装置は、ピスト
ンの中央より若干片側にオフセットして円形の大燃焼室
を凹設し、その空いた位置に２個の円形の小燃焼室を凹
設している。大燃焼室と２個の小燃焼室は案内通路によ
り互いに連通し、且大燃焼室側の案内通路はいずれも大
燃焼室外周方向に向けて接合させている。

それら燃焼室の断面形状に大燃焼室では、上部径が小さ
く下部径が大きいはかり型形状とし、２個の小燃焼室は
いずれも上部径が小さい円錐台形状とし、一方の小燃焼
室の深さは大燃焼室と同程度又は若干浅くし、他の小燃
焼室は大燃焼室深さの1/2程度とする。大小燃焼室との
案内通路は夫々の小燃焼室の底部の深さ近くまで切欠い
て接合されており該案内通路の大燃焼室側はその円周方
向に向けて接合されている。燃料噴射弁は２個の小燃焼
室の上部シリンダヘッドにそれぞれ１個ずつ配設され、
そのノズル孔は深さの深い小燃焼室側は、他の小燃焼室
より孔径を大きくし燃焼室下方へ噴射するようにし、深
さの浅い小燃焼室は側面方向へ噴射するように配設され
ていることを特徴としている。

〔作用〕

２個の小燃焼室上部にそれぞれ配設された燃焼噴射弁の
１個又は数個の噴孔より燃料を噴射すると、深さの深い
燃焼室ではやや下方へ噴射されるため、噴霧は主として
その底部壁面に沿って分散し、小さい燃焼室内はすぐ噴
霧で満される。他方深さの浅い小燃焼室ではやや側壁方
向へ向けて噴射され、燃料は、壁面に沿って上下に分散
し、燃焼室は同じく噴霧で満される。この濃混合気状態
で両小燃焼室は着火されるが、空気不足のため初期の急
激な燃焼は抑制されNO_xの発生は少ない。

次に半燃焼状態の噴霧火炎が２個の小燃焼室から案内通
路を通って大燃焼室に噴出する。この時深さの深い小燃
焼室から大燃焼室へ主として底部へ向けて噴出される。
他方の小燃焼室は、底が浅いため大燃焼室の主として上
部へ噴出する。又小燃焼室と大燃焼室を接続する案内通
路を、大燃焼室の外周方向へ接合するように形成され、
かつ大燃焼室に存在する渦流（スワール）と同一方向に
噴出するようにしている。

又小燃焼室へ噴射する燃料弁噴孔は、深さの深い側の小
燃焼室の噴孔径は他のものより若干大きめとし、かつ噴
孔総面積を大きくすることにより、大燃焼室へ噴出する
時の噴出量を増し、噴出エネルギを増大させている。

以上により大燃焼室へ噴出する半燃焼状態の噴霧火炎
は、径を大きくし底部への噴出量を多くして噴出エネル
ギを大きく与え、径の小さい上部へは若干少ない火炎の
噴出を与えるよう、大燃焼室内上下の噴霧火炎の量を制
御することが可能となる。このようにすることにより、
大燃焼室での空気量の有効な確保が可能となり、燃焼の
中期、後期の促進が図られる。さらに大燃焼室に与えら
れたスワールを利用する方向に噴霧火炎を噴出させるこ
とにより、空気との混合を燃焼の後期まで接続させるこ
とが可能となり、完全燃焼が図られる。

〔実施例〕

以下第１〜３図を参照し本考案の一実施例につつて説明
する。

第１図は実施例のピストン上面図、第２図は第１図のII
−II断面図、第３図は第１図のIII−III断面図である。

第１図でピストンの頂面に設けられた燃焼室は、大燃焼
室1aを中央より若干オフセットさせて設け、深さの浅い
小燃焼室1b及び深さの深い小燃焼室1cをその片方に配設
している。大小３個の燃焼室1a,1b,1cは共に円形で深さ
の浅い小燃焼室1bは大燃焼室1aの外周部と案内通路1dを
介して連通しており、深さの深い小燃焼室1cは同じく大
燃焼室1aの外周部と案内通路1eを介して連通している。
深さの浅い小燃焼室1bは深い燃焼室1cよりその直径を若
干小さくしている。縦断面は大燃焼室1aの底面は平らで
側面は下部径が上部径より大きく、２段の円筒形状でそ
の接合部は45°程度の傾斜となったいわゆる秤型形状を
している。深さの浅い小燃焼室1bの深さは大燃焼室のほ
ぼ1/2程度とし、底面は平らで側壁面は上部径が小さい
円錐台形となっている。その案内通路1dの底部1fは小燃
焼室1bの底部とほぼ同一のレベルとしている。深さの深
い小燃焼室1cはその深さは大燃焼室1aの深さより若干浅
く、底部は平らでその側壁面は上部径が小さい円錐台形
状となっており、その案内通路1eの底部1gは、小燃焼室
1c側より大燃焼室1a側へ傾斜して下降している。一方浅
い小燃焼室1b上部のシリンダヘッド２に配設された燃料
噴射弁3aは燃焼室が浅いため、噴孔角度θ_１を大きく
し、側壁面に衝突するようにしている。深さの深い小燃
焼室1c上部のシリンダヘッド２に配設された燃料噴射弁
3bは噴孔角度θ_２を小さくして比較的底部へ向けて噴射
するようにしている。

前記燃料噴射弁3aより噴射された燃料が深さの浅い小燃
焼室1bの側壁面に衝突し、壁面に沿って上下に拡散し着
火する。この燃焼室1bが浅いため容積も小さく、濃混合
気状燃焼となる。次にこの半燃焼状態の噴霧火炎は主と
して小燃焼室1bの底面に沿って大燃焼室1aと連通した案
内通路1dを通り大燃焼室内1a内に流入する。

一方燃料噴射弁3bより噴射された燃料は、小燃焼室1cの
比較的下方の側壁面に衝突し、上下方向に拡散し着火に
至る。この深さの深い小燃焼室1c内も濃混合気状態とな
っているため、緩やかな初期燃焼となり、同じく大燃焼
室1aに連通する案内通路1eを通り、大燃焼室1a内に流入
する。この時案内通路1gを傾斜させているため、噴霧は
大部分大燃焼室の底部方向に噴出される。

大燃焼室1a内に流入した半燃焼状態の噴霧火炎は、浅い
小燃焼室1bからは主として上部へ、深い小燃焼室1cから
は主として下部へ噴出され、さらに大燃焼室の空気渦流
SWと相俟って、上下の旋回運動を促進する。このように
半燃焼状態の噴霧火炎は空気量確保が充分可能となり、
以降中期後期の燃焼が促進され、燃焼改善を図ることが
できる。

以上により初期燃焼を適度に抑制すると共に、中、後期
の燃焼を従来以上に活発にすることができ、NO_xの生成
を抑えると共に黒煙発生を防止し、燃費の改善をはかる
ことができる。

〔考案の効果〕

本考案の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼装置は前記の
とおり形成したので、燃焼初期には急激な燃焼を抑制し
てNO_xの発生を減少させるとともに、燃焼の中、後期に
は充分な空気量の確保と旋回運動が与えられ、燃料と空
気のミクロ的な混合が促進され、黒煙の発生が抑えら
れ、燃焼効率の改善と燃焼軽減が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本考案に係わるもので、第１図は燃焼室の
平面図、第２図は第１図のII−II断面図、第３図は第１
図のIII−III断面図、第４〜５図は従来例で第４図は第
１図応当図、第５図は第４図のＶ−Ｖ断面図である。 １……ピストン、1a……大燃焼室、1b,1c……小燃焼
室、1d,1e……案内通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン頂部に燃焼室を持つ直接噴射式デ
   ィーゼル機関において、円形の１個の大燃焼室と円形の
   ２個の小燃焼室を有し、前記大燃焼室と２個の小燃焼室
   とはそれぞれ案内通路により大燃焼室の円周方向に接合
   されて連通し、さらに前記両小燃焼室の深さは一方が大
   燃焼室の深さとほぼ等しく、他の小燃焼室はその1/2程
   度の深さを有すると共に、夫々の小燃焼室の上部シリン
   ダヘッドに燃料噴射弁を有してなる直接噴射式ディーゼ
   ル機関の燃焼装置。