JPS6329018A - 副室式デイ−ゼル燃焼室 - 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ｎ１至式ディーゼル燃焼室に係り、特に渦流副
室内に噴射される燃料油を緩慢蒸発燃焼させて着火遅れ
を短縮し、ＮＯｘ、スモーク。

燃焼騒音を低減させることのできるｉ？Ｉ’Ｊ式ディー
ゼル燃焼室に関する。

［従来の技術］ 一般にディーゼル内燃機関では、燃焼室内に噴射された
燃料が着火するまでの時間、即ち着火遅れ時間を短縮す
ることにより燃焼ピーク温度、燃焼室内圧急上昇を抑え
、燃焼騒音及びＨＣを大巾に低減することができる。

そのため、本出願人は先に特願昭５８−１９３４７７号
のｎｊ室式内燃概関を提案していた。

この提案は第７図に示すように、渦流副室２に、通路６
を介して主・ＤＩ噴口１１．１２を有する燃料噴射ノズ
ル７を臨ませて設けると共に、上記主噴口１１に対して
先行して開放される上記副噴口１２を上記通路６の内壁
６ａに、且つスワールＳ方向下流側に臨ませて渦流副室
式ディーゼル機関を構成するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く、上記提案は、ＤＩ噴口からの噴射燃料の一
部を通路内壁に衝突させることで、その周辺に着火蒸発
性に優れた微粒化燃料を分布させ、且つ、残部を燃料膜
としてスワール方向に沿って渦流副室の内壁に沿わせて
、これに上記微粒化燃料の火炎を伝播させ、着火性と緩
慢燃焼とを同時に達成しようとするものである。

ところが主噴口からの燃料噴霧は、スワールに対して実
質的に相対速度が増されることと、そのスワールによっ
て巻き込まれることから渦流ａＪ室内で急激に燃焼され
てその副室内圧力を急上昇させると共に燃焼温度（燃焼
ピーク温度）を上昇させ、ＮＯｘ　、スモーク、排気パ
ティキュレートを増大させていた。

即ち相対速度増は、渦流副室の略中夫に臨ませたことに
より起りこれが噴霧の微粒化を促進することになるため
、着火前に渦流Ｄ１室内に上記微粒化燃料を過剰生成し
、これが瞬時に着火燃焼して上記圧力急上昇及び燃焼ピ
ーク温度を高めるからである。また、スワールによる巻
き込みは、燃焼後、サーマルピンチ現象によって渦流副
室の内壁側に重い未燃ガス、空気を、中心側に軽い燃焼
ガスを集め、これによって中心側の燃焼温度を高くする
ためにＮＯｘを生じざぜると共に中心部を０２不足とし
て排気パティキュレート（すす）を生じさせる。

したがって上記提案では主噴口が開となる中高負荷運転
時のＮ０８．スモーク、排気パティキュレートに対して
問題を残していた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解消することを目的としており、
渦流副室に通路を介して臨ませられる燃料噴射ノズルの
副噴口を通路の内壁に、主噴口をスワール下流側の渦流
副室の内壁に臨ませると共に、渦流副室の球心から内壁
までの球半径をＲ１球心から主噴口の燃料噴霧線に接す
る半径をｒとして上記主噴口の向きが０．０６≦ｒ／Ｒ
≦　０．５の関係で設定して副室式ディーゼル燃焼室を
構成するものである。

［作　用］ 渦流副室の通路に副噴口からの微粒化燃料が噴霧される
と、この微粒化燃料の噴霧の一部が通路の内壁に衝突さ
れて更に微粒化される。微粒化された燃料油は衝突によ
って通路近傍に飛散し分布され、この分布された噴霧が
圧縮空気の高温熱によって蒸発され着火性の良い混合気
となる。微粒化燃料の噴霧の残部は、通路の内壁に沿っ
てスワールの下流側へ流れ壁面蒸発する燃料膜となり、
この燃料膜もまた、圧縮空気熱及び壁熱により蒸気化さ
れ上記混合気の着火によって火炎伝播され緩慢に燃焼す
る。

副噴口と共に主噴口が開かれると、その主噴口からも燃
料の噴霧が噴射される。この噴霧の向きはスワールに対
して相対速度の減少方向に設定されるため、スワールに
よって屈曲され、ｍ流ｆｉｌ室の内壁に燃料膜として均
一に付着し、これがスワールの下流方向に末広がりとな
って流れる。燃料膜は、壁熱によって徐々に蒸発されて
火炎伝播され、緩慢に蒸発燃焼を行う。ゆえに、ＮＯｘ
、　ＨＣ。

スモーク、排気パティキュレートを低く抑え、低騒音の
燃焼が得られる。

［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説
明する。

第１図は渦流副室を有するシリンダヘッドの概略縦断面
図である。

図示する如く、シリンダヘッド１内には、渦流副室２が
形成され、その下方には、渦流副室２とシリンダボディ
（図示せず）のシリンダ室４とを結ぶ噴口５が形成され
ている。噴口５の上記副室２側には、上記シリンダ室４
から押込まれる高圧空気を、渦流副室２の内壁２ａに沿
うスワールＳに生成するための棚部５ａが形成されてい
る。

さて、本発明の副室式ディーゼル燃焼室の特長とすると
ころは、あらゆる使用負荷領域で着火遅れを短縮し、Ｎ
Ｏｘ、スモーク、排気パティキユレート及び燃焼騒音を
低減させることにある。

そのため次のように構成される。

第１図に示すように、渦流副室２の上方には、シリンダ
ヘッド１の一側より開口して上記渦流副室２に連通する
通路６に、燃料噴射ノズル７を収容したヒートシールド
８及び銅パツキンが一体的に収容されている。

燃料噴射ノズル７は第３図にも示されるように針弁１０
を昇降自在に収容するノズルボディ９の先端に、その針
弁１０のスロットル部が着座する弁座９ａを形成すると
共に、その弁座９ａより軸方向に隆起されてスロットル
部９ｂにより開閉される燃料噴射室９Ｃを形成し、上記
弁座９ａに副噴口１２を開口すると共に、上記燃料噴射
室９Ｃにその軸方向の主噴口１１を設けて構成される。

但しこの主噴口１１を燃料噴射室９Ｃの周方向に間隔を
おいて複数形成しても良い。即ち、スロットル部９ｂ上
方には副噴口１２が、スロットル部９ｂ下方には主噴口
１１が形成され、針弁１０のリフトが所定リフト値以下
で副噴口１２を開放し、そのリフト値を越えたときに主
噴口１１も開放されるように構成されたビントークスタ
イプのものとなっている。また、副噴口１２の噴口径は
主噴口１１の噴口径に対して極細径に形成されており、
副噴口１２からは微粒化燃料噴霧Ｆ１が噴出され、主噴
口１１からは燃料噴霧Ｆ３が噴出される。従って副噴口
１２は噴射方向の設定の確実さを得るに対して主噴口１
１は渦流副室２に対して所定の燃料噴霧Ｆ３の貫徹力を
得ることができるものである。

このように構成されるいわゆるビントークス形の燃料噴
射ノズル７は、上記通路６を介して渦流副室２内を臨ん
で設けられており、上記副噴口１２は通路６の内壁６ａ
に、且つ渦流副室２に生成されるスワールＳの下流側に
臨ませられる。これに対して、主噴口１１は渦流副室２
の容積を主室（ピストンの燃焼至）の容積に対して略１
／２とし、その渦流副室２の球心をＯ１球心から渦流副
室２の内壁２ａまでの球半径をＲ１その球心○から主噴
口１１の燃料噴霧線Ｘに接するまでの距離をｒとすると
、 ０．０６≦ｒ／Ｒ≦０．５ の関係で噴霧方向が規定される。勿論この方向はスワー
ルＳの下流側の内壁２ａに臨ませられる。

ゆえに、第２図、第５図に示すように副噴口１２からの
噴射燃料の一部は、通路６の内壁６ａに衝突飛散して、
その周辺に分布する微粒化燃料粒子群Ｆ２を生成し、残
部は、渦流副室２の内壁２ａに沿ってスワールＳ方向の
下流側に流れる燃料フィルムｆを形成する。

第２図、第５図にも示す主噴口１１からの燃料噴ｎ　Ｆ
　３は、渦流副室２の内９！２ａに沿って燃料フィルム
ｆを生成する。ここで主噴口１１の数を複数例えば２と
すると、渦流副室２に対して所定の貫徹力を確保しつつ
上記燃料フィルムｆを内壁２ａに薄く、且つ一様に分布
させると共に、燃焼及び火炎伝播に対して適正なる蒸発
面積を確保させることができる。

以下に本発明の副室式ディーゼル燃焼室の作用を添付図
面に基づいて説明する。

第１図に示すように、機関始動時の針弁１０の極低速域
及び軽負荷時では、第３図にも示す燃料噴射ノズル７の
針弁１０が、ノズルボディ９内に供給される燃料油圧に
応じてリフト方向に作動される。このときリフトと同時
に針弁１０のスロットル部９ｂが弁座９ａより離れて副
噴口１２を開とする。また、スロットル部９ｂ先端に形
成されたステム部１０ａは針弁１０が所定リフト値に達
するまで燃料噴射室９Ｃを閉成するための長さＪに規定
され、第４図に示す噴射油量が略一定のスロットル期間
ｔを形成する。

第５図に示すようにｎ１噴口１２が開放されると、その
副噴口１２からは微粒化燃料噴ＮＦ１が通路６の内１１
６ａに、且つスワールＳの下流側へ向けて噴出され、そ
の一部はその内壁６ａｋ：衝突されることで、さらに微
粒化されて周辺に飛散分布される微粒化燃料粒子群Ｆ２
を生成する。一方、微粒化燃料噴霧Ｆ１の残部は、通路
６の内壁６ａより渦流副室２の内壁２ａに沿ってスワー
ルＳ方向下流側に流される燃料フィルムｆを形成する。

したがって、上記微粒化燃料粒子群Ｆ２は圧縮空気の高
熱により瞬時に蒸発されて燃焼され、その火炎が燃料フ
ィルムｆの蒸気に伝播されることになり、着火遅れのな
い緩慢燃焼が達成される。ゆえに始動時を含む低負荷領
域においてＮＯｘ、スモーク、排気パティキュレート及
びＨＣを抑えた燃焼が行なわれる。

鍬図中・高負荷時には、上記針弁１０のリフト値がスロ
ットル期間を越えるリフト値に達するため、第３図に示
す主噴口１１も開となり燃料油の噴射ｍが増加し、Ｍ点
で最大噴射となる。この運転領域では、主噴口１１から
ノズルボディ９の軸線よりスワールＳの下流側へ且つ渦
流副室２の内壁２ａへ向けて燃料噴ＩＦ３が噴射される
。この燃料噴霧Ｆ３は上述の如＜　Ｏ，Ｑ６≦ｒ／Ｒ≦
０．５の方向に設定されるため、多くがスワールＳの旋
回方向に沿って屈曲される。このため、上記渦流室２の
内壁２ａに沿ってスワールＳの順方向に流れる燃料フィ
ルムｆを生成する。燃料フィルムｆは、内壁２ａに一様
に薄く形成され、これが下流方向に次第に末広がりとな
って分布されると共に、上記副噴口１２が形成した微粒
化燃料粒子群Ｆ２の火炎エネルギによって燃料フィルム
ｆの外面または、内壁２ａ側の外面を徐々に蒸発せしめ
これが火炎伝播されて緩慢な蒸発燃焼が行なわれる。

このように、中・高負荷時にあっても、着火遅れを短縮
した緩慢蒸発燃焼が達成できるので燃焼室内圧力急上昇
及び燃焼ピーク温度を抑えることができ、これによって
ＮＯ，、スモーク、燃焼騒音を大巾に低下させ、上記し
たサーマルピンチをも抑えて排気パティキュレート、ス
モークを低減できる。

また、ＩＣについては、副噴口の噴口径を小さくして燃
料の微粒子化を図り、更に通路６の内壁６ａに衝突させ
て微粒化するようにしたので燃料の蒸気化が速められ、
これが上記火炎にて即時燃焼されるので、通常のＷＪＪ
ｆｆ式並の値に保持できる。

第６図は上記ｒ／Ｒに対するＨＣとスモークの増加率を
示す。図示されるようにｒ／Ｒが０．０６〜０．５の範
囲内が）ＩＣ，スモークの最も良い範囲であることが確
認されている。

尚、低温始動時は壁温が低いためにＨＣ，白煙が発生す
るが、グロープラグ通電や吸気加熱等の通常の手段によ
って容易に解消できる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明の１ｉ１１
１室式ディーゼル燃焼室によれば次の如き優れた効果を
発揮できる。

渦流副室に通路を介して臨ませられる燃料噴射ノズルの
副噴口を通路の内壁に、主噴口をスワール下流側の渦流
副室の内壁に臨ませると共に、渦流ＤＩ空の球心から内
壁までの球半径をＲ１球心から主噴口の燃料噴霧線に接
する半径をｒとして上記主噴口の向きが０．０６≦ｒ／
Ｒ≦０．５の関係で設定したので、着火遅れを短縮して
燃焼室内圧力急上昇及び燃焼ピーク温度を低下させると
共にサーマルピンチを解消し、これによってＨＣを悪化
させることなりＮＯｘ、スモーク、排気パティキュレー
ト及び燃焼騒音を低減できる完全な緩慢蒸発燃焼を達成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の副室式ディーゼル燃焼室の好適一実施
例を示す概略断面図、第２図は第１図の上面からみて主
噴口の噴射方向を示す図、第３図は燃料噴射ノズルを示
す概略断面図、第４図はクランク角度と噴射率及び針弁
のリフト量の関係を示す図、第５図は本発明の副室式デ
ィーゼル燃焼室の燃焼状態を示す概略図、第６図はＨＣ
とスモークの増加率を示すグラフ、第７図は従来の渦流
燃焼室式ディーゼル内燃機関を示す概略断面図である。 図中、１はシリンダヘッド、２は渦流ｎ］室、６は通路
、７は燃料噴射ノズル、１１は主噴口、１２は副噴口で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 渦流副室に通路を介して臨ませられる燃料噴射ノズルの
   副噴口を通路の内壁に、主噴口をスワール下流側の渦流
   副室の内壁に臨ませると共に、渦流副室の球心から内壁
   までの球半径をＲ、球心から主噴口の燃料噴霧線に接す
   る半径をｒとして上記主噴口の向きが０．０６≦ｒ／Ｒ
   ≦０．５の関係で設定されたことを特徴とする副室式デ
   ィーゼル燃焼室。