JPS6085216A - 渦流燃焼室式デイ−ゼル機関 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は渦流燃焼室式ディーピル機関に係り、特にアイ
ドリング時等、低負荷時において、その燃焼を緩慢にし
てシリンダ内の１［力［昇率を低く抑えることができ、
騒音や振動を大幅に低減できる渦流燃焼苗代ディーゼル
機関に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に渦流燃焼室式ディーゼル機関は、第１図に示すよ
うにシリンダヘッド１内に渦流燃焼室２が区画形成され
ている。この燃焼室２は、シリンダブロック（図示せず
）に形成されたシリンダ室３に連通されてａ３す、ビス
Ｉ−ンの上昇によって流入する圧縮空気の渦流Ｓを生成
する。

また燃焼室２には、その室内に燃料１：を噴射Ｊるため
の燃料噴射ノズル４が設に！られている。

そして噴射ノズル４から噴射された燃料Ｆは渦流Ｓによ
って混合気化が促進され、Ｌト縮熱により着火されて燃
焼される′。

ところで従来にあっては騒音低減や未燃燃料発生を防止
するために、噴射される燃料の霧化・蒸気化や渦流によ
る混合気化を促進し、燃焼室２全体に亙る着火性を向上
しできたが、単に着火性のみを追及すると燃焼室２内の
混合気は全体に高いエネルギー状態となり、多数の火炎
核の発生と同時に一気に燃焼が進行してしまう。このよ
うな急速燃焼はシリンダブ３内の圧力上昇率を高めて大
きな圧ノ〕波を生じさせ、その圧力波がピストンやシリ
ンダ壁等に衝撃を与えて騒音・振動を発生させることに
なり、殊に機関始動直後冷却水温が低いアイドリンク時
等にあっては顕著であり、体感上も好ましいものでない
。

このような実情に鑑み本願発明者等は、第２図に示すよ
うな渦流燃焼室式ディーゼル機関を考えている。第１図
に示したような単一噴口５を有する噴射ノズル４に代え
て、燃焼室２には主噴口６と、これより分岐させて形成
された副噴ロアとを有する噴射ノズル８が設けられてい
る。この噴射ノズル８は、アイドリング時、低角荷時等
少量の燃料で足りる場合に、主噴口６を閉じた状態で針
弁９を往復動させることににす、副噴ｌ−１７のみから
燃料Ｆを噴射するように構成されている。副噴ＬＴＩ　
７は、渦流Ｓの流れ方向下流側（パ且つ燃焼室２の内壁
１０に相対向するように臨ませられている。

そして、副噴ロアから噴射される燃料］：を内壁１０に
液膜しとして付着させると共に、その周辺に飛散される
燃料を渦流Ｓによって混合気化させ、”　着火遅れを防
止しつつ火炎核から始まる燃焼をゆっくりと伝播して緩
慢な燃焼をさせようとするものである。

しかし本提案にあっても、燃焼室２の形状上、゛　副噴
ロアと内壁１０との間が遠く離隔され燃料Ｆが内壁１０
に到達づるまでの間渦流Ｓに巻き込まれて蒸気化・混合
気化する燃料量が多いことが考１　えられ、急速燃焼を
充分に抑制できないことが懸念される。

［発明の目的］ 本発明は上述にした如き問題点に鑑みて創案されたもの
であり、本発明の目的は、アイドリング時等低負荷時に
おいて、噴射される燃料の蒸気化をゆっくり行なわせ、
その燃焼を緩慢にして騒音や振動を大幅に低減できる渦
流燃焼室式ディーゼル機関を提供するにある。

［発明の概要］ −Ｆ記目的は、本発明よれば次の構成により達成される
。

即ち、渦流燃焼室に臨ませて通路を形成し、該通路に上
記燃焼室内へ燃料を噴射させるための主＋ｖｓ　Ｄを有
する１Ｉ７Ｉ　ＯＡノズルを設け、該噴射ノズルに、上
記主唱口から分岐させ低負荷時等に該主唱口を閉じて開
放される副噴口を設け、該副噴口の噴出端を、これより
噴射される燃料が渦流の下流方向の上記燃焼室の内壁に
沿って流れるように上記通　□路の内壁に臨ませて成る
ものである。

［発明の実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って訂述す
る。

第３図に示すように、２はシリンダヘッド１内に区画形
成された渦流燃焼室であり、この燃焼室　′２には圧縮
空気の渦流Ｓが生成される。燃焼室２の一側部には、副
噴ロアの噴出端７ａに近接さけるように設けられ、燃焼
室２内に臨ませて筒体状の通路１１が形成される。この
通路１１内方には、燃焼室２内に燃料を噴射するための
燃料噴射ノズル８が設けられる。この噴射ノズル８は、
その外殻を形成するノズル本体１２が通路１１に連通さ
れた円筒体状の取付は孔部１３にヒートシールド１４を
介して装着され、その燃焼室側外壁１２ａはヒートシー
ルド１４の折り返された環状の爪部１４ａに係止される
。このピー１−シールド１４はノズル本体１２を高温な
シリンダヘッド１がら隔絶して熱伝達を防止するように
構成される。

ノズル本体１２の内側には、ｍ　４図に示すように燃料
ポンプから燃料が圧送される燃料供給通孔１５が形成さ
れ、この供給通孔１５は、燃焼室２側に順次縮径された
錐体面状の弁ＰＵ６面１６を介し−Ｃ１燃焼室２内に燃
料を噴射すべく形成されｌこ主噴口６に連通される。ま
た弁座面１６の途中には、主噴口６から分岐させてノズ
ル本体１２の径方向外方へ比較的径小な副噴ロアが形成
される。このように形成されたノズル本体１２内には、
供給通孔１５側から主噴口６に亙って針弁９が設【プら
れる。

針弁９は、主に１噴［１６を開閉覆るための軸体状の第
１弁体部９ａと、供給通孔１５を開閉するための錐体状
の第２弁体部９ｂとを備えている。

針弁９は図示されない作動は構によりクランク角に追従
して且つ負荷状態に応じてリフト量で往復作動されるよ
うに構成される。第１弁体部９ａは、必要燃料が少なく
針弁９のリフト量が小さいとぎ、即ち、アイドリング時
や低角荷時等主噴口６を開成状態に維持し１９る深さで
主噴口６に挿通される。他方、第２弁体、部９ｂは、上
記弁座面１６にその周方向に沿って路線接触の状態で着
座され、４弁９の往復動に常時追従して供給通孔１５を
開閉りるように構成される。

ｔｉｆ’ｌ噴ロアはその入口側がこれら弁座面１６と第
２弁体部９ｂとの間に形成され主唱ロ６開成時にあって
も供給通孔１５から燃料が供給される間隙Ｃに連通され
る。そしてアイドリング時等噴射燃料の巾が少ない場合
にあっては、この副唱１」７のみから燃料噴射が行われ
るように構成される。

このように構成された副噴１−１７は、第３図、第４図
及び第５図に示すように、その噴出端７ａがこれより噴
射される燃料Ｆを燃焼全２内に生成される渦流Ｓの下流
方向の燃焼室内壁１０に沿わせて流すべく、近接さぽて
形成された通路１１の内壁１７に臨ませて開口される。

通路内壁１７は滑らかに形成され、副噴１」７から噴射
されて衝突する燃料Ｆのうち一部Ｆ＋をＩＩＩＩＩ突の
勢いで霧化させ、そのまま燃焼室２内方ｌ＼飛散さＶ渦
流Ｓによって混合気化させて着火に寄与させると共に、
大部分の燃料Ｆを直ちに衝突付着させ′Ｃ液膜りの状態
で燃焼室内壁１０に流し渦流Ｓによる蒸気化・混合気化
が抑制されるように構成される。即ち、通路内壁１７に
衝突し霧化し飛散しく渦流Ｓにより混合気化される燃料
の一部［１で早期着火を達成すると共に、着火に続く燃
焼を燃焼室内壁１０に沿つ゛Ｃ液膜状に流した燃わ１１
：によっ−（緩慢化さμ°る。

殊に本発明にあっては第５図に示すように、副噴ロアの
噴出１７ａはこれより噴射される燃料Ｆが噴射方向に沿
って主噴口６から夫々α°（°−，４５°）の角瓜範囲
内で渦流Ｓの下流方向の燃焼室内壁１０に治って拡がっ
て流れるように通路内壁１７に臨ませており、燃料Ｆの
流れと渦流Ｓとが相対向しないように配慮され、可及的
に燃焼の緩慢化が図られている。また副噴ロアの噴出端
７ａは径小　′に形成され、噴出される燃料の粒径を細
かくして液膜りが蒸発され易く形成される。即ち、燃料
を油膜化し且つその液膜りを渦流Ｓの下流側へ流Ｊこと
により、燃料の蒸気化・混合気化を抑制することができ
る。が、燃料の蒸発が茗しく損なわれると燃焼後未燃分
として排出されることになるため、液膜りを薄くし、且
つ粒径を細かくすることで燃Ｈの蒸気化を補い、これら
のバランスをとってＨＣ等の悪化を抑制しつつ緩慢燃焼
を達成するものである。

尚、第３図に示すように、１８は機関の始動性を向上さ
せるためのグロープラグである。一般には噴射される燃
料を衝突させ−（加熱づべく燃焼室２内方に深く延出さ
れるものであるが、本実施例にあっては液膜りに接触さ
せるべく渦流Ｓの下流方向の燃焼室内壁１０に沿うＪ、
うに設置されている。このように構成ずれば始動後の通
常運転時高圧高熱に晒されることがなくグロープラグ１
８の耐久性を向上さぜることができる。

次に本発明の作用につぃ′Ｃ述べる。

第３図及び第４図に示す如く、ｊフィトリング時、低負
荷時にあっては、側弁９が往復動され第２弁体部９ｂが
燃料供給通孔１５を開閉し−（間隙Ｃに燃料を供給する
も第１弁体部９　ａは主１イｌ　Ｉ’−１６を開成状態
に維持づることとなり、燃料は副噴ロアのみから１０射
される。噴射される燃Ｊｕｌ　Ｆ　Ｌ；Ｌ、噴射後直ち
に通路内壁１７に衝突し、一部「１（Ｊ微粒化・霧化さ
れて燃焼室２内に飛散りると共に、大部分の燃料Ｆは所
定の角度域で燃焼゛４ス内ツ１ｖ１ｏに広範な薄いＰＩ
ｉ膜りを形成づる。これに際し、液ｎφＬの形成は主噴
口６から噴出端７ａの噴射方向に夫々α’（’−＝；４
５°）の範囲内で、且つ渦流Ｓの下流側づなわち、渦流
Ｓの流れ方向と同方向であるから、）々膜りが高温な圧
縮空気の渦流Ｓによって燃焼室内壁１０から剥されるの
を可及的に抑制でき６゜しか。、全、燃料、）蒸気化、
混合気化が阻止　：されるわ（プではなり、副噴ロアが
径小上あること　゛から粒径自体は比較的細く、且つ広
範囲に薄膜状に流づので、液膜しも蒸発し易い状態とな
っている。従って上述したような、燃焼室２内に一部飛
散された燃わ１１：１の混合気により早期に着火点Ａが
生じて燃焼が開始するに従って燃焼室内壁１０から順次
蒸気化してくる燃料が燃焼され、緩慢な燃焼プロセスを
辿ることになる。その結果第６図に示すように、従来着
火遅れ王に伴ってシリンダ室内全体が高エネルギ状態と
なって爆発的に燃焼　、が進行していたのに対しく図中
、破線Ｂで示す。）］、本発明にあっては通路内壁１７
に衝突して飛散　”させた一部燃料Ｆ１により着火性を
維持して、着火遅れを防止しつつ、燃料の大部分を液膜
りとして燃焼室内壁１０から緩やかに蒸気化させて燃焼
ダ内平均有効圧を低下させることなくシリンダ室３内の
圧力上昇率を低く抑えることがでい゛、騒音や振動を大
幅に低減することができる。

図中、Ｐはアイドリング１１１等低負荷１・ｒにおりる
副嗅ロアの噴射期間である。

第７図には、低負荷運転時（水温８０℃）機関左方１ｍ
での騒活の測定結果が示されている。図中、×、○は夫
々第１図に示した従来例、本発明の好適一実施例に対す
る各測定値である。本発明によれば、従来例に比し約２
　ｄ［３という騒音低減を達成できることが実証された
。

尚、燃焼室内壁１０に流れる燃料Ｆは薄膜且つ細粒であ
り、ＨＣ等の悪化も抑制できる。

尚、通常運転から高負倚運転にあっては、釦弁９により
主噴口６が開成されて渦流Ｓによる混合気化が促進され
た状態で燃焼が行われる。これに際しても副噴ロアから
一部燃料Ｆが噴射され、全噴射燃料量に対し一部が緩慢
燃焼に供され、全燃料を混合気化させるよりも騒音低減
を図り得る。

更に本発明にあっ−Ｃは、燃焼室２に臨ませた通路内壁
１７と噴出端７ａとが近接されており、衝突するまでの
間に燃料Ｆが渦流Ｓに巻き込まれるのを抑止できこの面
からも急速燃焼の防止を達成できる。

尚、本発明で採用される燃料噴射ノズル８は、着火性を
向上させるために、主噴口６から燃料を噴射りる前に予
行１射を行う所謂゛ビントウ・ノズル″と類似するが、
その作用・効果を全く異にするものである。ビントウ・
ノズルがその副噴口を渦流の上流側に臨ませて主噴口か
らの噴射前予め燃料を噴射しその混合気化を促進させて
着火性を向上させる機能を有するに対して、本発明に採
用されるノズル１３の副噴ロアはアイドリング時等の燃
料噴射用として機能し、且つ渦流Ｓの下流側の内壁１０
（に沿って混合気化を抑える燃料の液膜りを形成するも
のである。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば次のような優れた効果を
発揮９る。

（１）　アイドリンク時、低負荷時等に燃料を噴射させ
るべく設けた副唱１」を燃焼室に臨ませた通路内壁に渦
流の下流方向へ臨ませ、副噴口から噴射される燃料を直
ちに燃焼室内壁に沿って流して液膜を形成させるように
したので、蒸気化・混合気化を抑制した状態で順次緩慢
燃焼を達成でき騒音・振動を大幅に低減させることかで
きる。

（２）　副噴口から噴射され通路内壁に衝突飛散させた
燃料の一部で着火に必要な混合気を得ることができ、早
期着火を達成できる。

（３１ｍ造が簡単で容易に採用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来を示す側断面図、第２図は検討された実施
例を示す側断面図、第３図は本発明の好適−実施例を示
す側断面図、第４図は第３図における要部拡大断面図、
第５図は第３図の■−ｖ線矢視図、第６図は本発明と従
来例との燃焼プロセスを比較りるグラフ図、第７図は本
発明、従来例の各エンジンスピードにｄ３４Ｊる騒音測
定値を示すグラフ図である。 図中、２は渦流燃焼空、１０はその内壁、６は主唱１」
、７は副噴ｌ」、７ａはその噴出端、８は噴０（ノズル
、１１は通路、１７はその内壁である。 特ム′［出願人　いすず自動車株式会社代理人弁理士　
絹　谷　信　雄 第１図 第５呪 ／ 第４図 Ｓ 第６図 クヒ 褪 クラシ２回庫Ｍ論バ［□

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　渦流燃焼室に臨ませて通路を形成し、該通路に
   上記燃焼室内へ燃料を噴射させるための主噴口を有する
   噴射ノズルを設【プ、該噴射ノズルに、上記主噴口から
   分岐させ低負荷時等に該主噴口を閉じて開放される副噴
   口を設け、該副噴口の噴出端を、これより噴射される燃
   料が渦流の下流方向の上記燃焼室の内壁に沿って流れる
   ように上記通路の内壁に臨ませたことを特徴とする渦流
   燃焼室式ディーゼル機関。
2. （２）　上記副噴口の噴出端が、これより噴射される燃
   料が渦流の下流方向の上記燃焼室の内壁に沿って、上記
   主唱口から上記噴出端の噴射方向へ夫々略４５°の範囲
   内に拡がって流れるように上記通路の内壁に臨ませられ
   た前記特許請求の範囲第１項記載の渦流燃焼室式ディー
   ゼル機関。