JPH08291712A - 渦流室式ディーゼル機関 - Google Patents

渦流室式ディーゼル機関

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JPH08291712A
JPH08291712A JP7095237A JP9523795A JPH08291712A JP H08291712 A JPH08291712 A JP H08291712A JP 7095237 A JP7095237 A JP 7095237A JP 9523795 A JP9523795 A JP 9523795A JP H08291712 A JPH08291712 A JP H08291712A
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Sunao Tsuto
直 津戸
Shigeru Fukushima
繁 福島
Keizou Uenobou
恵三 上ノ坊
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力性能を高く、燃焼音を低くし、未燃焼ガ
スやスモークの排出を低減する。 【構成】 ピストン3とシリンダヘッド4の間の主燃焼
室5の一側上部に渦流室6を配設するとともに渦流室6
から主燃焼室5の中央部に向けて斜めに開口する噴口7
を形成し、渦流室6に燃料を噴射する噴射ノズル8を配
置し、噴口7を通路断面積の大きい主噴口11とこの主
噴口11のシリンダ周方向両側に連通させて形成した通
路断面積の小さい副噴口12とで構成し、噴射ノズル8
をその軸線が渦流室6の略中心を通って主噴口11の渦
流室6側開口端の略中心を通るように配設し、かつ副噴
口12の軸芯を主噴口11の軸芯よりもシリンダ軸芯に
対する傾斜角を大きく設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主燃焼室に噴口を介し
て連通された渦流室を有するとともにその渦流室に燃料
の噴射ノズルが配置された渦流室式ディーゼル機関に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の渦流室式ディーゼル機関、主に4
サイクルディーゼル機関においては、図4に示すよう
に、シリンダ21内のピストン22とシリンダヘッド2
3の間の主燃焼室24の上部一側に位置するようにシリ
ンダヘッド23に渦流室25が形成され、この渦流室2
5から主燃焼室24の中央部に向けて斜めに噴口26が
形成され、かつ渦流室25内に燃料を噴射する噴射ノズ
ル27が配置されている。
【0003】噴口26は通常長円形ないし長方形の断面
形状とされており、噴射ノズル27はピストン22の上
昇に伴って噴口26から空気が流入して渦流室25内に
強い渦流が発生するためにその流入空気の渦流方向に沿
って渦流室25の内壁面に向けて燃料を噴射するように
配置されている。また、ピストン22の上面には、図5
に示すように、噴口26から噴出する主として燃焼ガス
及び蒸発した未燃焼ガスと空気の混合ガスを主燃焼室2
4全体に円滑に拡散・燃焼伝播させるために二葉形状の
窪み部28が形成されている。図4、図5において、2
9はシリンダヘッド23に設けられた一対の排気口、3
0は排気バルブである。
【0004】また、特公平2−50295号公報には、
通路面積の広い主噴口とその両側の通路面積の狭い一対
の溝状の副噴口とをそれらの中心線が互いに平行するよ
うに形成した噴口を設け、かつ主噴口はその両端開口が
シリンダ中心線方向に重合し、副噴口はその両端開口が
シリンダ中心線方向に重合しないようにし、さらに一対
の副噴口の中心を結ぶ平面が主噴口の中心線よりもシリ
ンダ半径方向の外側に位置するように構成したものが開
示されている。このような構成によると、圧縮行程の初
期では空気流の流速が遅いので絞り抵抗の低い主噴口を
通って渦流室の中心線に沿う方向で渦流室に空気が流入
し、圧縮行程の後期ではシリンダヘッド下面とピストン
上面の狭い空間に案内されて渦流室中心線に対して大き
く傾斜した方向で主噴口を通って渦流室に空気が流入す
るととともに、流速の上昇に伴ってシリンダ中心線方向
に重合しない副噴口からも渦流室に流入して、空気が渦
流室中心線に対して大きく傾斜した方向で流入して渦流
を形成し、その結果圧縮行程が進行するにつれて方向が
異なる空気流が渦流室に流入することによって混合気形
成が促進される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示した構成の渦流室25では、小型のディーゼル機関の
渦流室25は小さいために、噴射ノズル27から噴射さ
れた燃料が渦流にすべて混合されることなく、渦流室の
壁面に燃料が付着し、燃料と空気との混合が不十分にな
り、渦流室内での混合気形成が完全に行われないという
問題がある。その結果、急激な燃焼となって燃焼性能が
低下するとともに、燃焼音が大きくなり、未燃焼ガスや
スモークの排出量が多くなるという問題があった。
【0006】又、上記特公平2−50295号公報に開
示された噴口構造によれば、このような問題をある程度
解消できることが考えられるが、圧縮行程初期には空気
流が渦流室の中心線方向に流入するので渦流形成能が小
さく、圧縮行程後期においても主噴口と副噴口が平行に
形成されているので、渦流室中心線に対して大きく傾斜
した方向に空気が流入するにしても流入空気の流れがす
べて同一方向となるため、混合気形成効果がやはり十分
でなく、同様の問題を生じる恐れがある。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、十分大きな混合気形成効果が得られ、出力性能が高
く、燃焼音が低く、未燃焼ガスやスモークの排出の少な
い渦流室式ディーゼル機関を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の渦流室式ディー
ゼル機関は、ピストンとシリンダヘッドの間の主燃焼室
の一側上部に渦流室を配設するとともに渦流室から主燃
焼室の中央部に向けて斜めに開口する噴口を形成し、渦
流室に燃料を噴射する噴射ノズルを配置した渦流室式デ
ィーゼル機関において、噴口を通路断面積の大きい主噴
口とこの主噴口のシリンダ周方向両側に連通させて形成
した通路断面積の小さい副噴口とで構成し、噴射ノズル
をその軸線が渦流室の略中心を通って主噴口の渦流室側
開口端の略中心を通るように配設し、かつ副噴口の軸芯
を主噴口の軸芯よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜角
を大きく設定したことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によれば、圧縮行程において主燃焼室か
ら噴口を通って渦流室に空気が流入することにより渦流
室に渦流が形成され、その状態でピストンが上死点の近
傍に到達して噴射ノズルから渦流室に燃料が噴射される
と、渦流室の略中心を通って主噴口の略中心に向けて噴
射された燃料が主噴口の開口近くで主燃焼室から流入す
る空気流によって吹き返されることにより渦流室内に拡
散して混合気が形成され、さらに主噴口と副噴口の傾斜
角が異なっているために異なった方向の空気流が渦流室
に流入するので渦流室全体に混合気形成が効果的に促進
され、特にシリンダ軸芯方向に対する傾斜角の大きい副
噴口によって渦流室の壁面に沿う空気流れが圧縮行程の
早い時点から形成されているために混合気を渦流室全体
に拡散させることができ、従って渦流室全体にわたって
混合気形成が完全に行われ、良好な燃焼状態を得ること
ができる。従って、出力性能が向上し、燃焼音も低くな
り、未燃焼ガスやスモークの排出も少なくできる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図3を参照
して説明する。
【0011】図1において、1はシリンダブロック、2
はシリンダ、3はピストン、4はシリンダヘッドであ
る。5はシリンダ2内のピストン3とシリンダヘッド4
の間の主燃焼室である。シリンダヘッド4には、主燃焼
室5の上部一側に縦長の球形の渦流室6が形成され、か
つこの渦流室6から主燃焼室5の中央部に向けて斜めに
噴口7が形成されている。渦流室6にはその内部に燃料
を噴射する噴射ノズル8が配設されている。9は、噴口
7から噴出する主として燃焼ガス及び蒸発した未燃焼ガ
スと空気の混合ガスを主燃焼室5全体に円滑に拡散・燃
焼伝播させるためにピストン3の上面に形成された二葉
形状の窪み部であり、10は渦流室6に配設された始動
時に着火を助けるためのグロープラグである。
【0012】噴口7は、図2に詳細に示すように、大き
な径aを有して通路断面積の大きい主噴口11と比較的
小さな平均径bを有して通路断面積の小さい一対の副噴
口12から成るとともに、主噴口11のシリンダ周方向
両側に副噴口12を連通させて形成して構成されてお
り、かつ副噴口12の軸芯O2 は主噴口11の軸芯O1
よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜角がθ°だけ大き
く設定されている。さらに副噴口12は、噴口7の傾斜
方向に沿う面と平行な方向、即ちシリンダ周方向と直交
する方向の幅が、主燃焼室5側では副噴口12の中間部
での径bよりもα1 だけ大きいb+α1 となり、渦流室
6側では中間部での径bよりもα2 だけ小さいb−α2
となるようなテーパ状に形成されている。
【0013】また、噴射ノズル8はその軸線が渦流室6
の略中心Oを通って主噴口11の渦流室6側開口端の略
中心Pを通るように配設され、この噴射ノズル8から主
噴口11の渦流室6側開口端の略中心Pに向けて燃料を
噴射するように構成されている。
【0014】以上の構成において、シリンダ2内をピス
トン3が上昇すると、シリンダ2内の空気が圧縮される
とともにそれに伴って噴口7から渦流室6内に空気が流
入して渦流室6内に強い渦流が発生する。そして、ピス
トン3が上死点近傍(例えば上死点の手前20°)に到
達すると噴射ノズル8から燃料が噴射される。
【0015】その際に、燃料が渦流室6の略中心Oを通
って主噴口11の略中心Pに向けて噴射されるので、噴
射された燃料は主噴口11の開口近くで主燃焼室5から
流入する空気流によって強く吹き返されて拡散し、さら
に主噴口11と副噴口12の傾斜角が異なっているため
に渦流室6内に向けて異なった方向に空気が流れるの
で、吹き返された燃料が渦流室6の全体に拡散され、混
合気形成が効果的に促進される。また副噴口12がより
渦流室6の壁面に沿う状態に傾斜されるとともにさらに
副噴口12が渦流室6に向けてテーパ状に形成されてい
て通過する空気の流速が速くなるので、渦流室6の壁面
に沿う空気流れが圧縮行程の早い時点から強く形成さ
れ、混合気を渦流室6全体に効果的に拡散させることが
でき、従って渦流室6全体にわたって混合気形成が完全
に行われ、燃料を渦流室6内の空気を有効利用して燃焼
させ易くかつ急激な燃焼となり難く、また上記のように
燃料が主噴口11からの高温の空気流に直接当たるため
に着火遅れも短くなるので、良好な燃焼状態が確実に得
られる。
【0016】こうして、渦流室6で燃料が燃焼すること
により、渦流室6の圧力が高くなってその燃焼ガス及び
蒸発した未燃焼ガスと空気の混合ガスが噴口7から主燃
焼室5の窪み部9に噴出し、さらに主燃焼室5内で引き
続いて燃焼し、主燃焼室5の圧力が上昇してピストン3
を押し下げる。ピストン3が下死点まで到達すると次に
排気行程に入り、ピストン3が上昇を開始するとともに
排気バルブが開かれて排気口から燃焼廃ガスが排気さ
れ、次に排気バルブが閉じて再びピストン3が下降して
シリンダ2内に新気が導入され、その後ピストン3が再
び上昇するとシリンダ2内の空気が圧縮されて上記と同
様に動作し、以上の動作が交互に繰り返される。
【0017】本実施例によれば、以上のように渦流室6
全体にわたって混合気形成が完全に行われ、良好な燃焼
状態を得ることができ、従って出力性能が向上し、燃焼
音も低くなり、未燃焼ガスやスモークの排出も少なくで
きる。また、副噴口12が渦流室6内に向けてテーパす
るテーパ状に形成されているので、主噴口11に対して
副噴口12を傾斜させながら、製造時の型抜きに支障が
なく、容易に製造できるという利点もある。
【0018】図3に同じ燃料噴射量でエンジン回転速度
数を変化させた場合のスモークの排出量を示す。図3か
ら、上記特公平2−50295号公報のように主噴口と
副噴口を平行に形成した従来例に比較して、本発明によ
れば低中回転速度域でスモークの発生を大幅に低減で
き、特に副噴口をテーパ状に形成した場合に効果が大き
いことが分かる。
【0019】なお、上記実施例の説明では4サイクルデ
ィーゼル機関の例を説明したが、本発明は2サイクルデ
ィーゼル機関にも適用でき、その場合にも同様の作用効
果が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明の渦流室式ディーゼル機関によれ
ば、以上のように噴射ノズルから渦流室の略中心を通っ
て主噴口の略中心に向けて噴射された燃料が主噴口の開
口近くで主燃焼室から主噴口を通って流入する空気流に
よって吹き返され、さらに主噴口と副噴口の傾斜角が異
なっているために異なった方向に流入空気が流れるの
で、吹きかえされた燃料が渦流室の全体に拡散されて混
合気形成が促進され、更に傾斜角の異なった副噴口によ
って渦流室の壁面に沿う空気流れが圧縮行程の早い時点
から形成されるために混合気を一層渦流室全体に拡散さ
せることができ、従って渦流室全体にわたって混合気形
成が完全に行われ、また主噴口から流入する高温の空気
流に直接噴射燃料が当たるので点火遅れも短くなるの
で、良好な燃焼状態を確実に得ることができ、従って出
力性能が向上し、燃焼音も低くなり、未燃焼ガスやスモ
ークの排出も少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の渦流室式ディーゼル機関の一実施例の
要部の縦断面図である。
【図2】同実施例の噴口部の詳細縦断面図と同図におけ
るA〜C方向から見た主噴口と副噴口の形状の説明図で
ある。
【図3】同じ燃料噴射量でエンジン回転速度を変化させ
たときのスモーク排出量を従来例と本発明を比較して示
した図である。
【図4】従来例の渦流室式ディーゼル機関の要部の縦断
面図である。
【図5】従来例のピストン上面の平面図である。
【符号の説明】
3 ピストン 4 シリンダヘッド 5 主燃焼室 6 渦流室 7 噴口 8 噴射ノズル 11 主噴口 12 副噴口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンとシリンダヘッドの間の主燃焼
    室の一側上部に渦流室を配設するとともに渦流室から主
    燃焼室の中央部に向けて斜めに開口する噴口を形成し、
    渦流室に燃料を噴射する噴射ノズルを配置した渦流室式
    ディーゼル機関において、噴口を通路断面積の大きい主
    噴口とこの主噴口のシリンダ周方向両側に連通させて形
    成した通路断面積の小さい副噴口とで構成し、噴射ノズ
    ルをその軸線が渦流室の略中心を通って主噴口の渦流室
    側開口端の略中心を通るように配設し、かつ副噴口の軸
    芯を主噴口の軸芯よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜
    角を大きく設定したことを特徴とする渦流室式ディーゼ
    ル機関。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012047050A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Toyota Industries Corp 副室式ガスエンジン

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