JPS58222912A - デイ−ゼルエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は副室式ディーゼルエンジンの燃料供給装置に関
し、特にエンジンの高負荷時、及び排気再循環（ＥＧＲ
）時における排気ガスエミッシ■ンを改善し、また燃料
消費率及び最大出力を向上させることを目的とするもの
である。

副室式ディーゼルエンジンの型式として、従来から渦室
式と予燃焼定式が知られている。゛渦室式は、圧縮行程
中の空気を副室たる渦室内に導入してこの渦室内に極め
て強度の渦流を発生させ、燃焼促進を図るものである。

つまシ、渦室内に噴射された燃料を、この渦流によシ混
合して燃焼させ、次いで主燃焼室内で燃焼を完結させる
のである。

一方、予燃焼室は、副室たる予燃焼室へ圧縮イテ程を第
１１用して圧縮空気を送り、この予燃焼室内に噴射され
た燃料の燃焼エネルギを利用して未燃焼状態のガスを主
燃焼室内へ噴射し、予燃焼室内の空気と混合させ燃焼を
完了させるものである。

このように副室式ディーゼルエンジンは、副室からの噴
出エネルギを利用して主燃焼室内の燃焼を促進すべく構
成されている。

ところがこの従来の副室式ディーゼルエンジンは、副室
内へ燃料の全量が噴射供給されるため、エンジンの高負
荷時に空気利用率が著しく低下する。この結果燃費率が
下るとともに、不完全燃焼によシ排気ガスエミッシ田ン
（特にスモーク濃度、）ＩＣ濃度、パティキーレート排
出量）が悪化するという問題があり、また最大出力に一
定の限界を余儀なくされる。例えば第１図は排気量２２
００ｃＣ。

４気筒、渦室式ディーゼルエンジンのスモークマツプを
示すものであるが、エンジンの低回転数域から中回転数
域にかけて、高負荷側で非常に高いスモーク濃度値を示
すことが理解される。

このようにエンジンの高負荷時に排気ガスエミッション
等が悪化するのは、燃焼形態そのものに起因すると考え
られる。つ１リエンジンの高負荷時、燃料噴射量が増大
すると、この増大した燃料は、副室内の一部生成された
火炎あるいは既燃焼ガス中に噴射されて燃焼を持続し、
この燃焼は燃料の供給停止とともに完結するという拡散
燃焼によるものである。すなわち、副室内へ供給される
燃料のうち、初期に噴射された燃料は、十分な量の空気
と混合され、良好な燃焼が行なわれるが、その後、次第
に空気導入率が低下し、これとともに燃焼が悪化し不完
全燃焼をきたすようになる。

この結果、スモーク濃度、■ＩＣ濃度、パティキュレー
ト排出量が著しく増加し、さらに燃費率の悪化、°マた
空気利用率の低下によりエンジンの最大　　　　Ｉ′′
出力が制限される。

またこのような燃焼の悪化は、エンジンから排出される
窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減方法として一般に知られる
排気再循ｆｉ（ＥＧＲ）を実施する場合にも、空気利用
率の低下に基づき発生する。

本発明は以上の点に鑑み、特にエンジンの高負荷時ある
いはＥＧＲ時における燃焼に際し、エンジンへの空気導
入を有効に行なうことにより、排気ガスエミッションを
改善し、ひいては燃費率を向上させ、最大出力を向上さ
せることのできる燃料供給装置を提供することを目的と
する。

本発明に係る燃料供給装置は、主燃焼室と、この主燃焼
室に連通ずる副室と、この副室に臨む第１燃料噴射ノズ
ルと、上記主燃焼室に臨む第２燃料噴射ノズルとを備え
、エンジンの低負荷運転時もしくは低温時には上記第１
あるいは第２燃料噴射ノズルのうち一方から燃料を噴射
し、エンジンの高負荷運転時もしくは高温時に１ま上記
第１および第２燃料噴射ノズルの双方から燃料を噴射す
べく構成されることを特徴としている。

すなわち、燃料の一部が副室内へ、また残りの燃料が主
燃焼室内−＼噴射され、副室内へ噴射された燃料は、こ
の副室内の空気を十分に利用して、完全燃焼する。そし
て燃焼ガスは余剰空気とともに副室から主室内へ噴射さ
れる。一方、主室内へ噴射された燃料は、副室より噴出
される燃焼ガスおよび余剰空気の噴出エネルギにより、
主室内の空気と十分混合され完全燃焼される。しかして
、エンジンの低負荷運転時には一部の燃料噴射ノズルか
ら燃料を噴射し、またエンジンの高負荷運転時には主燃
焼室及び副室の双方に各々の燃料噴射ノズルから燃料を
噴射することにより、エンジンの運転状態に拘らず常に
燃焼室内の空気を十分利用することができ、排気ガスエ
ミッションを改善し、燃費率、最大出力を向上させるこ
とが可能となる。

以下図示実施例により本発明を説明する。第２図は渦室
を備えた副室式ディーゼルエンジンの気筒の構成を示し
、シリンダブロック１のボアｌａ内に上下動自在に収容
されたピストン２は、その頂面に凹部３を有し、外周部
には２つのコンブレッジ日ンリング４，５と、１つのオ
イルリング６が嵌着される。シリンダブロック１の上部
にはガスケクト７が載置され、さらにその上にシリンダ
ヘッド８が取付けられて、ボア１ａが閉塞される。

しかしてピストン２の頂面、凹部３、ボア１ａおよびシ
リンダヘッド８により、主燃焼室９が区画形成される。

シリンダヘッド８には、略球状の渦室である副室１０が
形成されるとともに、吸気ボート１１および排気ボート
　（図示せず）が穿設される。副室１０は連絡孔１２を
介して主燃焼室９に連通する。

吸気ボート１１および排気ボートは主燃焼室９に開口す
るが、それぞれ吸気弁１３および排気弁（図示せず）に
より開閉される。

上記副室１０および主燃焼室９の上方には、これらに燃
料を噴射するため、それぞれ第１および第２燃料噴射ノ
ズル１４．１５が配設される。第１燃料噴射ノズル１４
は、燃料の噴射方向がエンジンの圧縮行程におけるピス
トン２の上昇時に、連絡孔１２を介して副室１０内へ流
入する空気により形成される渦流の流れの方向に沿うよ
うにして、シリンダヘッド８に取付けられる。また第２
燃料噴射ノズル１５は、燃料の噴射方向がピストン２の
凹部３に向き、エンジンの燃焼行程において、副室１０
内における燃焼により連絡孔１２を介して主燃焼室９内
へ噴出される燃焼ガスの噴出流の影響を受けるようにな
っている。

これら第１および第２燃料噴射ノズル１４．１５は、燃
料噴射率パターンが互いに異なり、例えば第１燃料噴射
ノズル１４として周知のピストンノズル、第２燃料噴射
ノズル１５としてスロットルノズルを適用することがで
きる。第３図は、第１および第２燃料噴射ノズル１４．
１５にそれぞれピストンノズルおよびスロットルノズル
を用いた場合の、これらのノズル１４．１５の弁揚程と
開孔面積との関係を示すものである。この図から理解さ
れるように、第１燃料噴射ノズル１４は弁揚程の増加に
伴って開孔面積も増加し、弁揚程が一定値以上になると
開孔面積は略一定となる。これに対し、第２燃料噴射ノ
ズル１５は、弁揚程が一定値以下の場合、開孔面積は小
さく、略一定であるが、弁揚程が一定値を超えると急激
に開孔面積が増加する。しかして開孔面積と流量は対応
関係にあり、こ氾却ノズル１４．１５に同じ弁揚程を与
えた場合、弁揚程が小さいときは第１燃料噴射ノズル１
４からの燃料流量の方が大であるが、弁揚程が一定値を
超えると第２燃料噴射ノズル１５からの燃料供給量が急
激に増大する。

第４図は本発明に係る燃料供給装置の一実施例を示す概
略の系統図である。この図において、燃料噴射ポンプ１
６は周知の分配型であり、その吸込側ハハイプ１７、ツ
ユエルフィルタ１８、およびパイプ１９を介して燃料タ
ンク２０に連通し、また吐出側には各気筒の燃料噴射ノ
ズルへ燃料を供給するための４本の供給管２１ａ、２１
ｂ、２１ｃ。

２１ｄが取付けられている。すなわち、この実施例装置
は４気筒エンジンに適用されるものである。

供給管２１ａは継手管２２を介して同一長さの連絡管２
３．２４にそれぞれ連通され、連結管２３は第１燃料噴
射ノズル１４に、連絡管２４は第２燃料噴射ノズル１５
にそれぞれ接続される。これら第１および第２燃料噴射
ノズル１４．１５はそれぞれリターンバイブ２５．２６
が取付けられ、これらリターンパイプ２５．２６は継手
管２７を介して合流し、パイプ２８を介して燃料タンク
２０に連通ずる。

したがって、燃料タンク２ｏ内の燃料は、パイプ１９、
フ鼻エルフィルタ１８およびパイプ１７を通って燃料噴
射ポンプ１６へ吸引され、供給管２１ａ、　２１ｂ、　
２１ｃ、　２１ｄを通って各気筒へ圧送される。供給管
２１ａを通る燃料は、継手管２２で分流して連絡管２３
．　２４を流動し、大部分は第１および第２燃料噴射ノ
ズル１４．１５へ供給されて、副室１０、主燃焼室９内
へ噴射され、残りの一部分はそれぞれリターンパイプ２
５．２６を通り、継手管２７で合流しパイプ２８を介し
て燃料タンク２０へ環流する。

第２燃料噴射ノズル１５へ連通する連絡管２４の途中に
は、図示しないコンビ島−夕により駆動される制御弁２
９が設けられる。このコンピュータは、エンジンブロッ
ク１に設けられた水温センサ３０によシ検出された水温
に関する信号が入力され、また燃料噴射ポンプ１６に取
付けられたしバー検知器（図示せず）により検知された
レバー開度に関する信号が入力されるようになっている
。

このレバー開度を検知するのは、エンジンの負荷を検出
する方法としてのものである。

第５図は上記制御弁２９の詳細な構成を示すものである
。この図において、ケーシング３１内に上下動自在に支
持された弁体３２は、常時、ばね３３により上方へ附勢
されておシ、ソレノイド３４が励磁されていない時、燃
料排出口３５を閉塞する。これに対し、ソレノイド３４
が励磁されると、弁体３２はばね３３に抗して下降し、
燃料排出口３５を開放してこれを燃料入口部３６に連通
させる。しかしてソレノイド３４は上記コンビネータか
らの指令信号を受けて動作するようになっている。すな
わち、ソレノイド３４は、上記水温の信号およびレバー
開度の信号に応じてコンビ為−夕が出力する指令信号を
受けて消励磁し、弁体３２を昇降させて燃料排出口３５
、すなわち連絡管２４を開閉する。なお、上記コンビー
ータには、エンジン水温と燃料噴射ポンプ１６のレバー
開度に応じた制御弁２９の作動マツプが、予め記憶され
ている。

本実施例装置は上記構成を有するものであるがら、次の
ように動作して各気筒へ燃料供給を行なう。

吸気弁１３が開放しピストン２が下降する吸入行程時、
吸気ボート１１から主燃焼室９へ空気が導入される。こ
の空気は、この吸入行程に引続く、吸気弁１３が閉じピ
ストン２が上昇する圧縮行程時に、連絡孔１２を通って
副室１ｏ内に圧縮されつつ流動する。この時、連絡孔１
２と副室１ｏとの位置関係により、副室１ｏ内に強度の
渦流が形成される。ピストン２が上昇して上死点に達し
ても、副室１０内では強い渦流が形成されており、副室
１０内へ流動しない空気は主燃焼室９内に留まる。渦室
式ディーゼルエンジンにおいては、渦室容積は全燃焼室
容積の約５０〜７６％を占め、ま　　　　　１”□だ、
予燃焼室式ディーゼルエンジンにおいテハ、予燃焼室容
積は全燃焼室容積の概略２５〜４５％を占めるよう構成
される。したがって、それぞれの型式のディーゼルエン
ジンにおいて、燃焼室へ導入される空気は、これらの容
積比に応じた量だけ主燃焼室９内に留まる。

しかして上記レバー検知器によシ検知されたレバー開度
が設定値より大きい場合、すなわちエンジンの負荷が大
きい場合、上記コンビーータは制御弁２９のソレノイド
３４を励磁すべく動作し、連絡管２４を開放する。この
結果、第１および第２燃料噴射ノズル１４．１５の双方
から燃料が噴射される。この燃料は、圧縮行程の末期に
おいてそれぞれ副室１０および主燃焼室９内へ噴射され
、これらの室１０，９内の高温空気と接触して発火し、
燃焼が行なわれる。

ここでこの燃焼について詳細に説明する。

第１および第２燃料噴射ノズル１４．１５へは、同様に
燃料が供給されるが、これらのノズル１４゜１５は同じ
弁揚程であっても開孔面積が互いに異なるため、まず、
第１燃料噴射ノズル１４から多量の燃料が副室１０内へ
噴射される。副室１０内では空気渦流が形成されており
、燃料はこの空気と十分混合しつつ燃焼が行なわれる。

この副室１０内で燃焼によシ膨張した燃焼ガスは、連絡
孔１２を介して主燃焼室９内へ強い噴流と力って流入す
る。一方、第２燃料噴射ノズル１５から主燃焼室９へ噴
射された燃料は最初少量であり、仁の主燃焼室９内の空
気と混合して燃焼を開始する。

しかして弁揚程が増加し、多量の燃料が噴射される頃に
は、副室１０から連絡孔１２を介して燃焼ガスの強い噴
流が流入して主燃焼室９に大きな空気の乱れが形成され
、上記多量の燃料は、主燃焼室９内の空気及び副室１０
内の余剰空気と十分混合し、効率よく燃焼される。

さて上記レバー検知器によシ検知されたレバー開度が設
定値より小さい場合、すなわちエンジンの負荷が小さい
場合、上記コンピュータは制御弁２９のソレノイド３４
を消磁させ、連絡管２４を閉塞する。この結果、第２燃
料噴射ノズル１５へは燃料が供給されず、第１燃料噴射
ノズル１４のみから副室１０内へ燃料が噴射される。上
記レバー開度が小 さい場合、つまりエンジンが低負荷運転状態の場合、エ
ンジンの要求する燃料量は少なく、燃料を２個の燃料噴
射ノズル１４．１５の双方から分割して供給すると、こ
れらの各ノズル１４．１５からの燃料噴射量は極めて微
量と力る。したがって燃料量の調整精度が悪化し、また
燃料噴射量がサイクル毎に変動して運転状態が不安定に
なるという問題が生じる。ところが本実施例では、上述
したように単一の燃料噴射ノズル１４から燃料を噴射す
るように構成したので、このような問題は生じない。

また本実施例装置は、上記水温センサ３０により検出さ
れた水温が設定値より低い場合、制御弁２９を駆動して
連絡管２４を遮断し、始動用点火源（図示せず）を取付
けた副室１０内のみへ燃料を噴射する構成になっており
、例えば寒冷地におけるエンジンの始動性を向上させる
ことができる。

以上のように本実施例装置によれば、エンジンの高負荷
時に空気の利用率を著しく高めることができるので、不
完全燃焼に基づく排気ガスエミッシ冒ン（スモーク濃度
、ＨＣ濃度、パティキュレート排出量等）の悪化を防止
することができ、ひいては燃費率の改善、およびエンジ
ンの最大出力の向上を図ることができる。

なお、第４図に破線で示すように、制御弁２９と同様が
制御弁３７を連絡管２３に設け、エンジンの低負荷時に
第２燃料噴射ノズル１５のみから燃料を噴射するよう構
成すれば、この運転時に通常の直噴式ディーゼルエンジ
ンと同様な燃焼を行なうことができる。

第６図は本発明の第２実施例を示し、第１および第２燃
料噴射ノズル１４．１５への燃料給排手段を、上記燃料
噴射ポンプ１６内に設けたものである。この図示実施例
は、１気筒のみに燃料を供給する構成を有している。プ
ランジャ３８はケーシング３９の孔４０内に、軸方向に
摺動自在、かつ軸心周υに回転可能に嵌合され、駆動軸
４１によ　　　　　１，１り回転駆動される。駆動軸４
１の先端には突部４２が形成され、またプランジャ３８
の基部にはこの突部４２に係合する凹部４３が設けられ
ており、これら突部４２と凹部４３とが常時係合して駆
動軸４１０回転がプランジャ３８に伝達される。

プランジャ３８には力゛ムディスク４４が設けられ、ま
たケーシング３９には、このカムディスク４４に形成さ
れたフェイスカム４５に係合するローラ４６が枢支され
る。カムディスク４４はばね４７により常時ローラ４６
側に付勢され、常時とのローラ４６に係合する。したが
って駆動軸４１が回転すると、プランジャ３８も回転し
、この回転に伴いフェイスカム４５とローラ４６との接
触位ｔが変わるので、プランジャ３８は同時に軸方向に
進退動する。

プランジャ３８の細心部には通路４８が穿設され、この
通路４８け、上記孔４０のプランジャ３８端面側に形成
された高圧室４９に開口する。

プランジャ３８の端部周縁に刻設されたインテークスリ
ノ）５０は、ケーシング３９に形成された吸入ボート５
１に連通し、プランジャ３８の側部に穿設されて通路４
８に連通する側孔５２は、ケーシング３９に形成された
出口通路５３に接続可能である。出口通路５３は途中で
第１通路５４と第２通路５５に分岐する。これら第１お
よび第２通路５４．５５にはそれぞれ第１および第２供
給管５６、　５７が取付けられ、これら供給管５６．５
７は、それぞれ連絡管５８．５９を介して第１および第
２燃料噴射ノズル１４．１５に連通ずる。

第２通路５５の途中にはこの通路５５を開放、遮断する
制御弁６０が設けられる。この制御弁６０は上記第１実
施例の制御弁２９と同様な構成を有し、ケーシング６１
内に進退動自在に支持されて第２通路５５を開閉可能な
弁体６２と、この弁体６２を第２通路５５側へ付勢する
ばね６３と、弁体６２を磁力によシ吸引可能なソレノイ
ド６４とを備える。この制御弁６０の作用は、上記第１
実施例の制御弁２９と基本的に同じであり、エンジンの
高負荷運転時もしくは高温時に第２通路５５を開放し、
エンジンの低負荷運転時もしくは低温時に第２通路５５
を閉塞する。

なお、この実施例に係る燃料噴射ポンプ１６は、制御弁
６０を除き、基本的には従来周知のものと同じであり、
その構成、作用の詳細な説明は省略する。

第７図は本発明の第３実施例を示し、上記第２実施例と
同様に燃料噴射ポンプ１６に制御弁６０を設けたもので
あるが、第２実施例とは異なり、プランジャ３８の側部
に、通路４８に連通する第１および第２側孔６５，６６
が穿設されるとともに、ケーシング３９には、これらの
側孔６５，６６にそれぞれ連通可能な第１および第２通
路６７．６８が形成される。すなわち、上記第２実施例
のように出口通路５３が途中で分岐するのではなく、第
１および第２通路６７．６８が互いに独立しているので
ある。また、制御弁６０け第２通路６８を開閉するもの
であり、その作用は第１および第２実施例と同じである
。

第８図は本発明の第４実施例を示したものである。この
実施例は、上記第３実施例と同様に相互に独立な第１お
よび第２通路６７．６８を備えているが、プランジャ３
８には１個の側孔６９しか穿設されておらず、との側孔
６９の開口部７０が上記各通路６７．６８の両者に連通
ずるようになっている。第２通路６８の途中に設けられ
た制御弁６０の構成、作用は上記第２および第３実施例
と同様である。しかして、この第４実施例の構成によっ
ても、上記各実施例と同様な効果が得られる。

なお、上記各実施例において、エンジンの負荷は燃料噴
射ポンプ１６のレバー開度を検知することによ如検出し
ているが、これに代え、アクセルペダルの踏込量あるい
はスピルリング７１　（第６図参照）の位置を検知する
ことによシ検出してもよい。

また、制御弁２９．６０は、スロットル弁型、ロータリ
弁型等の０Ｎ−ＯＦＦ弁であってもよい。

以上のように本発明によれば、エンジンの運転状態に拘
らず常に燃焼室内の空気を十分利用することができ、排
気ガスエミッシ田ンを改善し、燃費率・最大出力を向上
−Ｊ−ｔｌ　員が７き６と“う　　　　　　１、効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の副室式ディーゼルエンジンにおける負荷
に対するスモーク濃度を示すグラフ、第２図は本発明に
係る副室式ディーゼルエンジンの第１および第２燃料噴
射ノズルの近傍を示す断面図、第３図は第１および第２
燃料噴射ノズルの弁揚程と開孔面積の関係を示すグラフ
、第４図は本発明の第１実施例を示す概略の系統図、第
５図は制御弁を示す断面図、第６図は本発明の第２実施
例を示す要部の断面図、第７図は本発明の第３実施例を
示す要部の断面図、第８図は本発明の第４実施例を示す
要部の断面図である。 ９・・・主燃焼室　　　　　１０・・・副室１４・・・
第１燃料噴射ノズル １５・・・第２燃料噴射ノズル １６・・・燃料噴射ポンプ　２３．２４・・・連絡管２
９．３７．６０・・・制御弁 ５４．６７・・・第１通路　　　５５．６８・・・第２
通路第１　図 スモーク濃度　（０１゜） ０　　　１０　　２０　　３０　　４０工ンジン回転数
（ｘｌＯＯｒｐｍ） 第２図 第３図 弁揚程（ｍｍ） 第６図 ｂｉ４ｂ１　　　ｂｚ１６ ｗＩ１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主燃焼室と、この主燃焼室に連通ずる副室と、この
   副室に臨む第１燃料噴射ノズルと、上記主燃焼室に臨む
   第２燃料噴射ノズルとを備え、エンジンの低負荷運転時
   もしくは低温時には上記第１あるいは第２燃料噴射ノズ
   ルのうち一方から燃料を噴射し、エンジンの高負荷運転
   時もしくは高温時には上記第１および第２燃料噴射ノズ
   ルの双方から燃料を噴射すべく構成したことを特徴とす
   るディーゼルエンジンの燃料供給装置。 ２、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を
   設けるとともに、燃料噴射ポンプから上記第１および第
   ２燃料噴射ノズルへ燃料をそれぞれ圧送する第１および
   第２燃料供給手段のうち少なくともいずれか一方−に、
   上記運転状態検出手段からの信号に応動する制御弁を設
   け、この信号に応じて上記第１および第２燃料噴射ノズ
   ルへの燃料供給を制御することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置
   。 ３、上記運転状態検出手段はエンジンの負荷を検出する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のディーゼ
   ルエンジンの燃料供給装置。 ４、上記運転状態検出手段はエンジンの水温を検出する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のディー
   ゼルエンジンの燃料供給装置。