JPS63201316A - 直噴式デイ−ゼルエンジン - 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に関し、さらに詳し
くはこのような直噴式ディーゼルエンジンに適用される
燃料噴射弁の構造に関する乙のである。

（従来技術） 直噴式ディーゼルエンジンにおいては、通常ピストンの
頂部に凹陥状のキャビティを形成するとともに、ピスト
ン上死点付近においてこのキャビティ内にその噴孔形成
部分が臨むようにしてシリンダヘッド側に燃料噴射弁を
取付け、該燃料噴射弁の各噴孔からキャビティ側壁に向
けて噴射される燃料噴霧を該キャビティ内に発生するス
ワールを利用して空気と混合さ仕てこ−れを燃焼させる
ようになっている。

ところで、このようにピストンの頂部にキャビティを形
成する場合、このピストンの中心とキャビティの中心と
のズレが大きくなるとピストンの往復動により発生する
スワールのキャビティ内での生成が阻害されることとな
るため、キャビティはできるだけピストンの中心に近づ
けて形成することが望ましい。

一方、燃料噴射弁は、噴霧の均等化という点からできる
だけキャビティの中心に近づけて設けることが望ましい
わけであるが、実際には第２図にも示すように、シリン
ダ中心を径方向両側から挟むようにして吸気ボートと排
気ボートとが設けられるため吸気弁及び排気弁との干渉
を避ける必要上、燃料噴射弁をシリンダ中心よりその径
方向へ偏位させている。従って、必然的に第２図に示す
ように噴射弁先端中心Ｍがキャビティ中心Ｎに対してキ
ャビティの径方向へオフセットされることになる。

このように燃料噴射弁の先端中心Ｍがキャビティ中心Ｎ
に対してオフセットされていると、例えば４個の噴孔７
Ａ〜７Ｄを直交する２方向へ向けて開口（第４図参照）
させた燃料噴射弁６を想定した場合、各噴孔７Ａ〜７Ｄ
の噴孔中心線Ｌ１〜Ｌ４は、第２図に示すように該６噴
孔中心線Ｌ　ｌ””　Ｌ　４とキャビティ側壁５との交
点における該キャビティ側壁に対する垂線Ｌ〜Ｑ４に対
してそれぞれ異なった噴孔傾斜角θ、〜０４をもつこと
になる。しかも、各垂線Ｕ、〜Ｑ４に対する傾斜方向は
、燃料噴射弁６の変位方向に対応して、スワールＳの指
向方向（第２図の場合、右回り方向）の上流側に傾斜す
るものと下流側に傾斜するものとができる。このことは
、燃料噴射弁６の各噴孔７Ａ〜７Ｄからみれば、該各噴
孔７Ａ〜７Ｄのうちあるものはその噴孔中心線がスワー
ル下流側に指向しく第２図に示したものでは第２の噴孔
７Ｂと第３の噴孔７Ｃとがこれに該当する）、またある
ものはその噴孔中心線がスワール上流側に指向する（第
２図に示したものでは第１の噴孔７Ａと第４の噴孔７Ｄ
とがこれに該当する）ことになる。

ところで、従来の直噴式ディーゼルエンジンにおいては
、上述の如く燃料噴射弁６がキャビティ中心に対して偏
心して配置されたものであっても該燃料噴射弁６の各噴
孔７Ａ〜７Ｄの有効断面積を全て同一に設定するのが通
例であった（即ち、第７図に示すように有効断面積が全
て同一の各噴孔７Ａ’〜７Ｄ’　からの燃料の噴霧形態
は全て同様に設定されている）ため、下記する如き理由
により、エンジンの燃焼騒音が高くなるとか出力性能が
低下するというような問題があった。

即ち、各噴孔７Ａ’〜７Ｄ’からの燃料の噴霧はそれぞ
れキャビティ側壁５に向けて行なわれるが、その場合、
キャビティ内にはその周方向に向って流れるスワールが
生成されているところから、キャビティの中心近くから
該スワールを横切る方向に噴射される燃料は当然このス
ワールの影響を受け、例え同径の噴孔から燃料の噴霧が
行なわれても噴孔傾斜角の方向によってその噴霧形ｍｌ
は異なることとなる。

例えば、噴孔中心線がスワールの下流側に指向するもの
、例えば第２の噴孔７Ｂ′（第２図に示す噴孔７Ｂと同
位置）から噴射される燃料についてみれば、スワールＳ
の指向方向と噴霧の指向方向とが同じであるため、第５
図に示す如く噴霧燃料のうち、キャビティ側壁５に衝突
し反射した成分がスワールＳによりキャビティ内部側に
まき上げられる噴霧部分（第５図において斜線部ａで示
す部分であり、以下の説明においては便宜上これをまき
上げ成分という。なお、この第５図および後述する第６
図の斜線部ａ、ｂは説明上分かりやすくするために分け
たものであり、明確な境界はない。

）と、キャビティ側壁５に衝突し反射した成分がスワー
ルＳの流れに乗りキャビティ側壁５に沿ってスワール下
流側に層状に流れる噴霧部分（第５図において斜線部す
で示す部分であり、以下の説明においては便宜上これを
流下成分という）との生成比率は、まき上げ成分に対し
て流下成分の比率が非常に大きくなる。従って、キャビ
ティ４内の空気中への燃料の分散即ち、燃料の蒸発が適
度に抑えられるところから空気と燃料との層状混合が十
分に行なわれ、燃焼性が良好に維持されることになる。

即ち、燃焼性上、好適な噴霧形態といえる。

これに対して、噴孔中心線がスワールの上流側に指向す
るもの、例えば第４の噴孔７Ｄ′（第２図に示す噴孔７
Ｄと同位置）からの噴霧燃料についてみれば、スワール
Ｓの指向方向と噴霧の指向方向とが対向するため、第６
図に示す如く噴霧燃料中に占めるまき上げ成分の比率が
流下成分のそれに対して大きくなる。この結果、この燃
料のまき上げ成分がキャビティ４内の空気中に多量に分
散して早期に蒸発しこれにより予混合燃焼が引き起こさ
れ、燃焼圧の上昇により燃焼騒音が高くなることになる
。

さらにこの場合、予混合燃焼により生成される燃焼ガス
がスワールＳによりその下流側に押し流されるときこの
燃焼ガスが後から噴射される噴射終期の燃料を取囲む格
好となり、その結果、この燃料への空気供給が阻害され
、燃焼性が悪化しエンジン出力が低下することとなる。

このように、燃料噴射弁６をキャビティ側壁５の中心Ｎ
に対して偏位させた状態で配置した場合には、燃焼性上
好適な噴霧形態をもっ噴孔と燃焼性に悪影響を与える噴
霧形態をもつ噴孔とが存在するところから、燃焼性上好
適な噴霧形態をもっ噴孔のみが存在する場合に比して、
燃焼騒音が高くなり且つ出力性能が落ちるという問題が
現出することになる。

尚、複数の噴孔を備えた燃料噴射弁においてその各噴孔
の噴孔径を相互に異ならせた直噴式ディーゼルエンジン
としては、例えば特開昭６１−２０７８１７号公報に開
示される如く、各噴孔の径を該６噴孔がそれぞれ受けも
つキャビティ側壁の周長に比例して変化させもってキャ
ビティ側壁の各部に対する燃料供給型の均等化を図るよ
うにしたものがある。

（発明の目的） 本発明は、上記従来技術の項で指摘した問題点を解決し
ようとするもので、燃料噴射弁がキャビティ側壁の中心
に対してその径方向に偏心して配置されるとともに、該
燃料噴射弁に形成された複数の噴孔の噴孔中心線がスワ
ール上流側とスワール下流側の両方に指向した直噴式デ
ィーゼルエンジンにおいて、燃焼騒音の低減と出力性能
の向上を図ることを目的とするものである。

（目的を達成するための手段） 本発明は上記の目的を達成するための手段として、ピス
トン頂部に形成されたキャビティに対して１．複数の噴
孔を放射状に形成してなる燃料噴射弁がその先端中心を
上記キャビティの径方向に偏位させた状態で配置され、
且つ上記燃料噴射弁の各噴孔のうち一部の噴孔はその噴
孔中心線が上記キャビティ側壁に対してスワール上流側
に指向する如く傾斜せしめられまた他の噴孔はその噴孔
中心線が上記キャビティ側壁に対してスワール下流側に
指向する如く傾斜せしめられた直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、上記燃料噴射弁の各噴孔の有効断面積を、
スワール下流側に指向する噴孔のそれよりもスワール上
流側に指向する噴孔のそれの方が小さくなるように設定
したものである。

（作　用） 本発明では上記の手段により、燃料噴射弁の各噴孔のう
ち、噴孔中心線がスワール上流側に指向する噴孔におい
ては、その有効断面積が小さく設定されているため、そ
の有効断面積が小さい分だけこれから噴射される燃料の
もつ運動エネルギーが小さくなり、この噴射燃料のキャ
ビティ側壁に対する衝突作用が弱められ、その結果、（
１）　　噴霧燃料がスワールによりキャビティ内部側に
まき上げられてその空気中に分散される割り合いが、そ
の有効断面積を大きく設定した場合に比して低下し、そ
れだけ燃料と空気との層状混合が促進され予混合燃焼が
抑制される、 （２）予混合燃焼が抑制される分だけこれにより生成さ
れる燃焼ガスによる燃料の取囲み現象が防止され、燃料
に対する空気の供給が促進される、等の作用が得られる
。

（実施例） 以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。

第１図には本発明の実施例に係る自動車用直噴式ディー
ゼルエンジンの要部が示されており、同図において符号
１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピス
トンである。

このピストン３の頂部３ａには、第１図及び第２図にそ
れぞれ示す如く円形凹陥状のキャビティ４が形成されて
いる。さらに、シリンダヘッド２には、燃料噴射弁６が
取付けられており、しかもその噴射弁先端中心Ｍは第２
図に示すようにキャビティ中心Ｎに対してキャビティ径
方向に所定量だけ偏位して配置されている。

燃料噴射弁６は、第３図に示す如くその先端部６ａをサ
ック部６２としたバルブボディ６１内にニードル６０を
取付けて構成されている。さらに、このバルブボディ６
１のサック部６２部分には、直交する２方向に向けてそ
れぞれ放射状に開口する４個の噴孔７Ａ〜７Ｄが形成さ
れている。そしてこの燃料噴射弁６は、第２図に示すよ
うに、キャビティ中心Ｎと噴射弁先端中心Ｍを結ぶ直線
Ω。

をはさんでその−刃側に第１の噴孔７Ａと第４の噴孔７
Ｄを、また他方側に第２の噴孔７Ｂと第３の噴孔７Ｃを
それぞ位置せしめた状態でシリンダヘッド２側に固定さ
れる。

従って、このように配置された燃料噴射弁６においては
、上記「従来技術」の項で詳述したように、各噴孔のう
ち、第１の噴孔７Ａと第４の噴孔７Ｄはそれぞれその噴
孔中心線り、、Ｌ、がスワール上流側に指向し、これに
対して第２の噴孔７Ｂと第３の噴孔７Ｃはそれぞれその
噴孔中心線Ｌ　ｔ　、　Ｌ　３がスワール下流側に指向
している。従って、各噴孔７Ａ〜７Ｄの有効断面、積を
同一に設定した場合（第７図の噴孔７Ａ’〜７Ｄ’参照
）には、第６図に示すように第１の噴孔７Ａ’　と第４
の噴孔７Ｄ’から噴射される燃料の中に占めるまき上げ
成分の比率が流下成分に比して大きいところから予混合
燃焼が発生し燃焼騒音が高くなると同時に、予混合燃焼
により生じた燃焼ガスにより後から噴射される燃料が取
囲まれて空気とのミキシング作用が阻害されるという不
具合をも招くことは既述の通りである。

従って、燃焼騒音の低減及び出力性能の向上という点に
おいては、この条件の悪い第１の噴孔７Ａ′と第４の噴
孔７Ｄ’　とから噴射される燃料の噴霧特性を、第５図
に示す如き第２の噴孔７［（’と第３の噴孔７Ｇ’から
噴射される燃料の噴霧特性に可及的に近づけることが必
要となる。

これを実現するため、この実施例においては本発明を適
用して、第４図に示す如く、燃料噴射弁６の４個の噴孔
７八〜７Ｄのうち、第１の噴孔７Ａと第４の噴孔７Ｄの
有効断面積を、第２０噴孔７Ｂと第３の噴孔７Ｃの有効
断面積よりも小さ目に設定している。このようにすると
、第！の噴孔７Ａと第４の噴孔７Ｄとから噴射される燃
料のもつ運動エネルギーが、第２の噴孔７Ｂ及び第３の
噴孔７Ｃから噴射される燃料のもつ運動エネルギーより
も小さくなる。従って、この第１１第４の噴孔７Ａ、７
Ｄから噴射される燃料のキャビティ側壁５への衝突力は
、該第１１第４の噴孔７Ａ。

７Ｄの有効断面積を第２、第３の噴孔７Ｂ、７Ｃと同一
とした場合に比して小さくなりその結果、第６図におい
て２点鎖線図示する如く、噴霧燃料がスワールにより流
され易くなる分だけその中に占める流下成分の比率が増
加し、第５図に示す第２、第３噴孔７Ｂ′、７０′から
噴射される燃料の噴霧形態と近似した噴霧形態が得られ
ることになる。この結果、燃料噴射弁６の各噴孔７八〜
７Ｄの有効断面積を一様に設定した場合に比して、第１
１第４の噴孔７Ａ、７Ｄ側において噴霧燃料中に占める
まき上げ成分の比率が減少し燃料の層状混合が促進され
る分だけ、予混合燃焼に起因する燃焼騒音及び出力低下
が改善されることになる。

尚、上記実施例においては、各噴孔の有効断面積を、ス
ワール上流側に指向する２つの噴孔７Ａ。

７Ｄ及びスワール下流側に指向する２つの噴孔７Ｂ、７
Ｃにおいてそれぞれ同一に設定しているが、本発明の他
の実施例においてはこの他に、例えば第２図に示すよう
に噴孔傾斜角がθ１〈θいθ３〈θ、の関係にあるよう
な場合には、第１の噴孔７Ａと第４の噴孔７Ｄの間にお
いては第１の噴孔７Ａの有効断面積を第４の噴孔７Ｄの
それよりも小さくし、また第２の噴孔７Ｂと第３の噴孔
７Ｃの間においては第３の噴孔７Ｃの有効断面積を第２
の噴孔７Ｂのそれよりも小さくしてもよい。これは、噴
孔中心線がスワール上流側に指向するものにおいては噴
孔傾斜角が大きいほど噴霧燃料中に占めるまき上げ成分
の比率が高くなり、逆に噴孔中心線がスワール下流側に
指向するものにおいては噴孔傾斜角が小さいほどこれが
高くなることに着目したものである。このようにするこ
とにより、各噴孔７Ａ〜７Ｄからの燃料の噴霧形態を可
及的に均一化することができ、エンジンの燃焼特性上よ
り有利である。

（発明の効果） 本発明は、ピストン頂部に形成されたキャビティに対し
て、複数の噴孔を放射状に形成してなる燃料噴射弁がそ
の先端中心を上記キャビティの径方向に偏位させた状態
で配置され、且つ上記燃料噴射弁の各噴孔のうち一部の
噴孔はその噴孔中心線が上記キャビティ側壁に対してス
ワール上流側に指向する如く傾斜せしめられまた他の噴
孔はその噴孔中心線が上記キャビティ側壁に対してスワ
ール下流側に指向する如（傾斜せしめられた直噴式ディ
ーゼルエンジンにおいて、上記燃料噴射弁の各噴孔の有
効断面積を、スワール下流側に指向する噴孔のそれより
もスワール上流側に指向する噴孔のそれの方が小さくな
るように設定したことを特徴とするものである。

従って、本発明の直噴式ディーゼルエンジンにおいては
、燃料噴射弁の各噴孔のうち、噴孔中心線がスワール上
流側に指向する噴孔においては、その有効断面積が小さ
く設定されているため、その有効断面積が小さい分だけ
これから噴射される燃料のキャビティ側壁に対する衝突
作用が弱められ、その結果、 （１）　　噴霧燃料がスワールによりキャビティ内部側
にまき上げられてその空気中に分散される割り合いが、
その有効断面積を大きく設定した場合に比して低下し、
それだけ燃料と空気との層状混合が促進されこれにより
予混合燃焼が抑制されるところから燃焼圧が低下し燃焼
騒音が低減される、（２）予混合燃焼が抑制される分だ
け予混合燃焼により生成される燃焼ガスによる燃料の取
囲み現象が防止され、燃料に対する空気の供給が促進さ
れるところから、燃料と空気とのミキシングが良好とな
りエンジン出力が向上する、 等、燃焼騒音の低減及びエンジン出力の向上という而に
おいて多大の効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る直噴式ディーゼルエンジ
ンの要部縦断面図、第２図は第１図の■−■要部矢視図
、第３図は第１図の■部拡大縦断面図、第４図は第３図
のＩＶ−ＩＶ拡大横断面図、第５図及び第６図は燃料の
噴霧状態図、第７図は従来の燃料噴射弁の噴孔部分の横
断面図である。 ■・・・・・シリンダブロック ２・・・・・シリンダヘッド ３・・・・・ピストン ４・・・・・キャビティ ５・・・・・キャビティ側壁 ６・・・・・燃料噴射弁 ７Ａ〜７Ｄ・・・噴孔 １し 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ピストン頂部に形成されたキャビティに対して、複
   数の噴孔を放射状に形成してなる燃料噴射弁がその先端
   中心を上記キャビティの径方向に偏位させた状態で配置
   され、且つ上記燃料噴射弁の各噴孔のうち一部の噴孔は
   その噴孔中心線が上記キャビティ側壁に対してスワール
   上流側に指向する如く傾斜せしめられまた他の噴孔はそ
   の噴孔中心線が上記キャビティ側壁に対してスワール下
   流側に指向する如く傾斜せしめられた直噴式ディーゼル
   エンジンにおいて、上記燃料噴射弁の各噴孔の有効断面
   積が、スワール下流側に指向する噴孔のそれよりもスワ
   ール上流側に指向する噴孔のそれの方が小さくなるよう
   に設定されていることを特徴とする直噴式ディーゼルエ
   ンジン。