JPS61268818A - 直噴式デイ−ゼルエンジン燃焼室 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直噴式ディーゼルエンジン燃焼室に係り、特に
、低負荷から高負荷に至る広範囲にわたって、着火遅れ
なく緩慢燃焼させて青白煙。

燃焼未燃物、騒音を大巾に低下させることのできる直噴
式ディーゼルエンジン燃焼室に関する。

［従来の技術１ 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、撮動及び騒音等が高く欠点とされていた。

このような欠点を改善すべく、ピストンの頂部を窪ませ
て燃焼室を形成し、その燃焼室内にスワールを生成する
一方で燃焼室の内壁に燃料を噴射衝突させてそれを蒸発
させ、上記スワールに混合させて着火性に優れた予混合
気を生成し、それを自発的に着火燃焼させるいわゆるＭ
ＡＮ−Ｍ方式機関が知られている。

しかしながら、上記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
冷却水温が低い条件下で十分な壁面蒸発能力を持ち得な
かった。その結果燃焼室内に多くの燃焼未燃物（ＨＣ）
が生じ、青白煙の発生原因となっている。また大気、水
温が常温の場合でも、アイドリンク時等の軽負荷時の場
合には、燃料蒸発に必要な壁温に遅していないために燃
焼未燃物（ＨＣ）を多大に発生させ燃焼状態を悪化させ
る要因になっていた。

また、この欠点はトロイダル形燃焼室で燃料制御噴射し
た稀薄状態でも発生することが確認されている。原因と
しては、着火した後、火炎伝播が正常になし得ず吹き消
えてしまうからである。

このような欠点を解消すべく特開昭４９−５０３０７号
公報（従来例■）、実開昭５１−３３２２１号公報（従
来例■）及び特開昭５７−４１４１７号公報（従来例■
）の提案がなされており、これらについて以下に説明す
る。

従来例工は第５図に示す如くピストン頂部１を深く窪ま
せたいわゆるＶＡＮ−Ｍ方式機関の主燃焼室２を形成す
ると共に、シリンダヘッド２０内に略球状の小さな副燃
焼′ｚ１３を形成し、それら燃焼室２．３間に連通ずる
連絡通路２１がシリンダヘッド２０内に形成されている
。一方、第６図に示す如〈従来例■も従来例工と同様に
ピストン６内及びシリンダヘッド２０内にそれぞれ主燃
焼室２、副燃焼室３が形成され、ピストン６が上死点位
置でそれらを連絡する連絡通路２１が互いに接線方向に
形成されると共に、それ等にスワールチャンバ２２が形
成されている。

これら従来例工及び従来例■の副燃焼室３には、それぞ
れ副燃焼室３内及び主燃焼室２内に臨んで燃料噴射ノズ
ル４が設けられ、ＩＩ関が低負荷運転にある時には副燃
焼室３内に、高負荷運転時には主燃焼室２内に燃料を主
に噴射させる燃料噴射を行なわせ、低負荷時に於ける空
燃比（燃料／空気）を上げて過剰燃焼させ、これによる
燃焼未燃物（ＨＣ）の生成を抑制しようとするものであ
る。

しかしながら上記従来例■及び従来例■に於いては、低
負荷時に於ける燃焼未燃物（ＨＣ）の発生を抑制すると
共に、高負荷時においては上記連絡通路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内で着火燃焼
する燃焼ガスによって着火・されるために、貫徹力を失
い、その結果主燃焼室２内が不完全燃焼に陥ってスモー
ク発生に至り燃焼効率を低減させていた。

さらに、この欠点を解消すべく第７図に示す従来例■の
提案がなされており、この提案は、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２
６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に噴射
供給する燃料噴射ノズル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は前記キャピテ
イ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する内燃ｖＡｒＩＡの燃焼室を
構成するもので燃焼苗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前記渦室とし、
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
し、そのキャピテイ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、
もってキャピテイ２４の内壁２４ａに付着した燃料をフ
ィルム状に引き延し、及びその結果生じる燃料蒸発促進
を行なって緩速燃焼させようとしたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の如く構成された従来例■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成し得る可
能性を有して居り、これが高負荷時に於てはさらに顕著
に現われると考えられる。即ちキャビティ２４内の燃料
蒸発が促進される事は着火性に優れた予混合気を多大に
生成することであり、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
でも起ることになり燃焼室圧力が増大しそれによって騒
音が異常に高くなる欠点を有していた。

［発明の目的］ 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、低負荷から高負荷運転に至る広範囲にわ
たって着火遅れなく緩慢燃焼を達成し、青白煙、燃焼未
燃物（ＩＩｃ）及び騒音を低減できる静粛なる直噴式デ
ィーゼルエンジン燃焼室を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成すべく、主燃焼室と、これに並
設されて上部が開放された副燃焼室と、上記主燃焼室と
副燃焼室とを区画する側壁を上方より窪ませて連通させ
るバンクと、上記主燃焼室とＲ１燃焼室とに夫々燃料を
噴出させる燃料噴射ノズルとを備え、低負荷時には、一
方の燃料噴射ノズルから副燃焼室内に噴射される微粒化
された燃料噴霧の一部を、その副燃焼室内に生成されて
これに閏じこめられたスワールによって瞬時に蒸発させ
て、着火遅れなく急激燃焼させると共に、その燃料噴霧
の残部を副燃焼室の内壁に衝突させて、副燃焼室の内壁
に沿って流れる更に微粒化された燃料フィルムを形成し
、これが徐々に緩慢燃焼されることにより青白煙、燃焼
未燃物（ＨＣ）及び騒音を低減し、さらに中・高負荷時
には主燃焼室内にも他方の燃料噴射ノズルから上記燃料
噴霧より粒径の大きな燃料噴霧が噴射され、この一部が
主燃焼室内に生成されたスワールにより蒸発されると共
に上記副燃焼室内の燃焼ガスによってバンク部を介して
着火され上記燃焼噴霧の残部が主燃焼室の内壁に沿って
流れる燃料フィルムがその火炎を徐々に伝播されて緩慢
燃焼されるもので、これにより胃白煙、燃焼未燃物（Ｈ
Ｃ）及び騒音を大巾に低減しようとするものである。

［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具体
的に説明する。

第１図乃至第３図に示される如くピストン頂部１には、
これより窪まされて主燃焼室２と副燃焼室３とが、それ
ぞれ上部を開放された例えば円形断面形状をなすように
形成されている。また、主燃焼室２と副燃焼室３とは、
互いの周側壁２ａ。

’３ａの一部を開放して上方より窪ませたバンク１６が
形成されている。副燃焼室３と主燃焼室２との容積比は
、副燃焼室３より主燃焼室２が大容積に形成され、具体
的には上記主燃焼室２の円形断面が副燃焼室３の円形断
面より大径に形成されると共に主燃焼室２より副燃焼室
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
のバンク１６の近傍には、夫々に第１図。

第２図に示す如く、それを臨むように図示しない燃料噴
射ポンプに接続された夫々の燃料噴射ノズル４ａ、４ｂ
が設けられる。

具体的に副燃焼室３には、その副燃焼室３内に生成され
て、これに閉じ込められたスワールＳの下流側に臨んで
且つ副燃焼室３の内壁３ａに臨む一方の副ノズルである
燃料噴射ノズル４ａが設けられる。この一方の燃料噴射
ノズル４ａの噴口１７は、その噴口径を、副燃焼室３内
に生成されて、これに閉じこめられるスワールＳにより
、瞬時に蒸発燃焼される即ち着火性の良い予混気Ｆを形
成しゃすい粒径の微粒化燃料を副燃焼室３内に噴出する
噴口径ｄ１に設定される。

他方、主燃焼室２には、その主燃焼室２内に生成されて
、これに閉じ込められたスワールＳの下流側に、且つ主
燃焼室２の内壁２ａに臨む他方の主ノズルである燃料噴
射ノズル４ｂが設けられる。

この他方の燃料噴射ノズル４ｂの噴口１８は、その噴口
径を、主燃焼室２内のスワールＳに対して比較的貫徹力
を大きく設定し、また、噴射される燃料の一部がスワー
ルＳによって蒸発され、残部が主燃焼室２の内壁２ａに
衝突し、その内壁２ａに沿って流れる燃料フィルムＨを
形成するように、即ち上記一方の燃料噴射ノズル４ａの
噴口径ｄ１に対して大きな噴口径ｄ２に形成される。

また、上記夫々の燃料噴射ノズル４ａ、４ｂは、例えば
夫々ニードル弁等のリフト量により、その噴射量が調整
され、夫々が機関状態（機関負荷。

機関回転数）に応じて制御されるように構成される。

具体的には、夫々の燃料噴射ノズル４ａ、４ｂの噴射量
は第４図に示すように制御されるものである。

図示されるように、曲線ａは、一方の燃料噴射ノズル４
ａから噴射される燃料のノ、ズル開閉時間（ｓｅｃ）と
そのニードル弁等のリフト量との関係を示し、ｔｏで開
弁じ、負荷に応じてｔｌ、ｔ２゜ｔｓで閉弁する。曲線
すは、他方の噴射ノズル４ｂから噴出される燃料の噴射
ノズル４ａの開閉時１ｉｔ（ｓｅｃ）とそのニードル弁
のリフト量との関係を示し、時間ｔ２で開弁し、ｔ４．
ｔｓ、ｔｓで開弁することを示す。

一方の噴射ノズル４ａの噴口１７は、その噴口径ｄ１が
小さく設定されているので、噴射の期間は長くなり負荷
を増すにつれてその噴ｔＩ４量が増大するようにされる
。すなわち、アイドリンク時にはｔｏからｔｌに至る時
間の噴射ｆｆ１ａ１　（−）に設定されるが、負荷を増
すにつれてｔＯ〜ｔ２の噴射１１ａ２　（軽負荷）にさ
れ、中負荷時にはｔＯ〜ｔ３の噴射量ａ３の他に他方の
噴射ノズル４ｂからもｂ＋　、ｂ２の噴射量で噴射され
、さらに高負荷になるにつれてｂ２の噴射量となり最大
負荷でｂ３の最大噴射量に設定される。

尚、第４図に示す噴射量制御を機関状態を検知。

判断するＣＰＵ等によって電気的に制御することは当然
可能である。

以下、本発明の作用について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、図示しないスワール
ボートから供給されるスワールＳは、圧縮されながらも
、夫々主・副燃焼室２．３内に生成され閉じ込められる
。

ゆえに、ＩＩ関が始動時（アイドリング時）または低負
荷時には、一方の燃料噴射ノズル４ａの噴口１７から第
４図に８１．ａ２で示した如く機関状態に応じて副燃焼
室３内に微粒化燃料噴霧が噴出される。その燃料噴霧は
、副燃焼室３の内壁３ａに衝突されて、さらに微粒化し
て、その内壁３ａに沿って流れる燃料フィルムＨを形成
することになる。

ここで、噴出された燃料噴霧の一部は、粒径が小さいた
め上記スワールＳによって瞬時に蒸発されて着火燃焼し
ゃすい予混合気Ｆを生成し、残部は上記副燃焼室３の内
壁３ａに沿って分布する燃料フィルムＨに生成された後
、壁面蒸発する。

従って、予混合気Ｆが自発着火されて急激燃焼されるこ
とにより、その火炎が副燃焼室３内の着火位置より、副
燃焼室３の内壁３ａに向って伝播され、その内壁３ａに
沿って流れる燃料フィルムＦを、徐々に且つ速やかに燃
焼することになる。

このように、一方の燃料噴射ノズル４ａの噴口１７から
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とバンク１６を介して
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内に燃焼ガスの大半が閉じ込められ副燃焼
室３内の燃焼は急激に達成され、それによって燃焼温度
が上昇し、青白煙の発生及び燃焼未燃物（ＨＣ）の生成
を抑制できることになる。このために低負荷時には、副
燃焼室３内の燃焼平均温度が上昇し、その結果、青白煙
の発生及び燃焼未燃物（ＨＣ）の生成を抑制できる。

さらに、中・高負荷時に於いては、第４図で説明したよ
うに上記他方の燃料噴射ノズル４ｂの噴０１８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の下流方向に向けて第１図、第２図に示す如く燃料が
噴射され、上記副燃焼ｖ３と同様に燃料フィルムＨと予
混合気Ｆを生成する。この時、副燃焼室３内の燃焼ガス
の一部がバンク１６を介して主燃焼室２内の予混合気Ｆ
に火炎伝播し、さらに燃料フィルムＨが着火されて燃焼
されることになる。しかしながら、他方の燃料噴射ノズ
ル４ｂの噴口１８より噴射される燃料は一方の燃料噴射
ノズル４ａの噴口１７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、蒸発燃料とスワールＳ
とが混合して生成される予混合気Ｆを過剰に生成しない
。このため、これが着火しても主燃焼室２内は急激燃焼
とは成り得ない。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、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、さらに騒音を低減できる。また第４
図に示す如く高負荷になる程他方の燃料噴射ノズル４ｂ
の噴口１８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。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば次のごとき優れた
効果を発揮する。

（１）　　ピストン頂部に主燃焼室と副燃焼室とを並設
し、それ等を互いに連通させた燃焼室を形成することに
よって、機関が低負荷時には着火遅れが短く且つ緩慢な
燃焼を副燃焼室内で達成し、その燃焼平均温度の上昇に
よって青白煙、燃焼未燃物（ＩＣ）を低減できる。

（２）　　主燃焼室と副燃焼室とを区画する側壁を上方
より窪ませて連通させるバンクを設けたので、その燃焼
ガスによって、主燃焼至内に噴射され蒸発された予混合
気及びそれら燃焼室の内壁に沿って分布する燃料フィル
ムを着火させて緩慢燃焼を達成できるので、低負荷から
高負荷に至る広範囲の負荷領域で騒音を防止でき、静粛
なる直噴式ディーゼル燃焼室を提供できる。

（３）　　低セタン価またはアルコールが混合された低
質燃料を使用できる。

【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１図、第２図に示された燃
料噴射ノズルの噴射量制御図、第５図、第６図及び第７
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
、４ａ、４ｂは燃料噴射ノズル、１６はバンク、１７．
１８は噴口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主燃焼室と、これに並設されて上部が開放された副燃焼
   室と、上記主燃焼室と副燃焼室とを区画する側壁を上方
   より窪ませて連通させるバンクと、上記主燃焼室と副燃
   焼室とに夫々燃料を噴出させる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。