JPS64576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、副室式デイーゼルエンジン、特にそ
の副室構造に関するものである。

（従来技術） 一般に、主燃焼室と噴孔を介して連通する副燃
焼室を備え、副燃焼室内に生成される渦流に向け
て燃料噴射弁から燃料を噴射して着火燃焼させ、
燃焼ガスと未燃焼ガスを噴孔を通して主燃焼室に
噴出させるようにした副室式デイーゼルエンジン
はよく知られている。

かかる副室式デイーゼルエンジンでは、副燃焼
室回りにウオータジヤケツトを設けて、副燃焼室
を冷却する必要があること、さらに、主燃焼室側
で圧縮され高温となつた空気が噴孔で絞られて副
燃焼室に速い流速で流入する過程で、温度が低下
すること等の原因によつて、特に外気温が低い冷
間始動時においては副燃焼室の壁温が低く、その
後の暖機運転時においても副燃焼室の壁温が中々
上昇しないことにより、噴射燃料の霧化が不十分
となつて空気とのミキシングが促進されず、着火
困難による始動性の問題と、始動後に失火を生ず
る問題がある。このような失火が生ずると、未燃
焼ガス、特に白煙と呼ばれるHCガスが排気とし
て大気中に放出される。

かかる始動時および暖機運転時（以下、始動暖
機運転時という）の始動性および失火対策として
は、燃料の噴射タイミングを早める（進角させ
る）ことによつて燃料の噴射開始時期から自己着
火までの時間を長く（着火遅れを大きく）し、そ
の分だけ燃料と空気とのミキシングを促進する対
策が施されている。なお、この進角量は外気温の
相異や燃料のセタン価の相異を考慮して設定する
必要があり、例えば、北米では、セタン価の低い
粗悪燃料が使用されていることおよび外気温が低
いことから進角量を多くとる必要がある。

しかしながら、上記のように進角量を多くする
という始動性および失火対策は、この種デイーゼ
ルエンジンの騒音が増大するという問題を招来す
る。即ち、燃料の噴射開始タイミングを早めて着
火遅れを大きくすると、着火前にかなりの燃料が
噴射され、この期間中に形成された混合気が一気
に副燃焼室内のあちこちで自己着火を起こして燃
え、燃焼圧力が急上昇し、シリンダ壁やクランク
機構の振動が増大して、エンジンの始動暖機運転
時にかなり高い騒音が発生する。

かかる意味で、デイーゼルエンジンでは、始動
性および失火対策が騒音の増大をもたらすといつ
た矛盾がある。

ところで、副室式デイーゼルエンジンの始動性
の改善を図るため、第１図に示すように、主燃焼
室１と副燃焼室２とを連通する噴孔３を主燃焼室
１側から副燃焼室２に向かつて通路断面積が拡大
するように形成し、副燃焼室２内に生成される渦
流ａを弱め、副燃焼室内壁による副燃焼室内空気
温度の低下、強い空気流による着火状態の燃料の
吹き消えを防止するようにする一方、副燃焼室２
から主燃焼室１に向かう噴流を噴孔３によつて絞
ることにより噴流の速度エネルギーを高めて、主
燃焼室１における燃焼性の向上、ひいては出力性
能の向上を図るようにしたものが提案されている
（特開昭54−151709号公報参照）。

しかしながら、上記の副室構造では、副燃焼室
２に設ける始動用グロープラグ４との関係等から
配置位置および取付角度が決定される燃料噴射弁
５によつて噴射される燃料ｆは、副燃焼室２の底
部をシリンダヘツド下面６と平行の底面（以下、
平底という。）として形成する口金８の側壁９に
衝突し、衝突した燃料は側壁９によつて平底７に
向けて渦流ａと同方向に飛散され、特に側壁９か
ら平底７にかけて燃料がフイルム状に付着してし
まい、渦流ａとの間のミキシングが有効に促進さ
れないため、始動暖機運転時等において始動性は
幾分改善されるものの、依然として失火を生ずる
問題がある。

したがつて、上記の副室構造のものでも、結局
は、進角量を多くすることによつて始動性の改善
を図る必要があり、エンジン騒音の低減を図るこ
とができない問題があつた。

また、上記平底構造を有する副室構造では、平
底７と噴孔３の図左側壁面との間の角度θが鋭い
ため、渦流ａ、つまり副燃焼室２内において着火
燃焼を始めたガスをスムーズに噴孔３に案内する
ことができず、この結果、噴孔３から主燃焼室１
に向かう噴流、つまり上記ガスの流れがあまり強
化できないといつた副燃焼室自体の形状に基づく
問題があつた。

（発明の目的） 本発明の目的は、副室式デイーゼルエンジンの
副室構造の改良を図つて、始動性を向上させると
ともに、白煙の低減と騒音の低減という両方の要
求を満足することができ、さらに、エンジンの高
負荷運転時における出力性能の向上にとつても有
利なデイーゼルエンジンの副室構造を提供するこ
とにある。

（発明の構成） かかる目的を達成するため、本発明は、副燃焼
室の底面をシリンダヘツド下面に対し主燃焼室の
中心側に向つて高くなるように傾斜させた傾斜面
として形成するとともに、この底部傾斜面から副
燃焼室側面に移行するコーナ部分に噴射燃料が衝
突するように燃料噴射ノズルを配設する一方、副
燃焼室と主燃焼室とを連通する噴孔を底部傾斜面
に開口する副燃焼室側開口部の通路断面積が主燃
焼室側開口部の通路断面積より拡大するよう形成
したことを基本的な特徴としている。

即ち、本発明は、噴孔の形状を通路断面積にお
いて副燃焼室側開口部を主燃焼室側開口部より広
くするとともに、副燃焼室に形成した底部傾斜面
と底部傾斜面に対して鈍角をなして立上がる側面
とで形成するコーナ部分に噴射燃料を衝突させる
ことによつて燃料を渦流と対向させる方向、換言
すれば、温度が高温となる副燃焼室の中心部に向
けて飛散させてミキシングの向上を図り、且つ副
燃焼室内の渦流を底部傾斜面によつて噴孔の副燃
焼室側開口部にスムーズに案内して噴孔から主燃
焼室に噴出させる構造としたものである。

（発明の効果） したがつて、本発明によれば、ミキシングの向
上と燃料の飛散方向の改善（高温部への飛散）と
渦流を弱めることによつて着火性、燃焼性の向上
を図ることができ、特に失火を有効に防止できる
ので進角量を減少させることができ、騒音を低減
できる。

さらに、本発明によれば、底面の傾斜によつて
渦流を噴孔にスムーズに案内することができ、通
路断面積が変化する噴孔の機能、即ち噴孔から主
燃焼室に向かう噴流の強さを増大させて、主燃焼
室内の空気利用率の向上、ひいては出力性能の向
上を図ることができ、高負荷運転時に多く発生す
るカーボン粒子を含んだスモークの低減をも図る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明す
る。

第２図において、１０はシリンダヘツド１１に
埋込んだ口金１２によつて底部が形成された副燃
焼室、１３はシリンダヘツド１１の下面１１ａと
シリンダブロツク１４に形成されたシリンダボア
１５内を上下動するピストン１６の頂面に形成さ
れた凹部１７とによつて画成される主燃焼室で、
主燃焼室１３と副燃焼室１０とは、口金１２に設
けた噴孔１８によつて相互に連通されている。

また、１９は副燃焼室１０内に燃料を噴射する
燃料噴射ノズル１９ａを備えた燃料噴射弁、２０
は始動を促進するため上方から副燃焼室１０に突
出させて設けたグロープラグである。

図示の如く、口金１２によつて形成する副燃焼
室１０の底面は、シリンダヘツド１１の下面１１
ａに対し主燃焼室１３の中心部に向かつて（図の
左方向）連続的に高くなつた傾斜面２１として形
成し、傾斜面２１の最も高くなつた図の左端部２
１ａは適当な丸みをもたせて口金１２の内周壁１
２ａで形成する側壁２２に滑らかに接続して、コ
ーナ部２３を形成する。そして、上記燃料噴射弁
１９は、そのノズル１９ａから噴射された燃料Ｆ
が丁度上記コーナ部２３に適度な広がりでもつて
衝突するように、その配置位置および取付角度を
定めてシリンダヘツド１１に設置するとともに、
上記グロープラグ２０は、噴射燃料流の広がりに
先端がかかるように配設している。

一方、口金１２に形成する噴孔１８は、圧縮行
程において主燃焼室１３から副燃焼室１０に向か
う空気が、副燃焼室１０内において図の反時針回
りの渦流Ｓを生成するよう、右上がりの傾斜を有
し、第３図に示すように、孔形状は第２図の図面
に垂直（紙面に垂直）な方向に長辺を有する長方
形状に形成されている。そして、第２図、第３図
に示すように、副燃焼室１０側開口部１８ａの通
路断面積は主燃焼室１３側開口部１８ｂの通路断
面積より一段大きくなるように、噴孔１８の軸方
向にテーパ状に形成している。第２図に明らかな
ように、この実施例では、噴孔１８の長辺方向の
斜面１８ｃ，１８ｄのうち、左側（主燃焼室１３
の中心より）の斜面１８ｃのシリンダヘツド下面
１１ａに対する傾き角は、一定の角度θ₁とする一
方、右側の斜面１８ｄは、主燃焼室１０側開口部
１８ｂにおいてその傾き角θ₂を相対向する斜面１
８ｃの傾き角θ₁とほぼ等しく設定する一方、それ
より上側の斜面１８d′の傾き角θ₃を上記２つの傾
き角θ₁，θ₂より小さく設定している。かかる構造
とすると、傾斜面２１と斜面１８ｃとの交点Ｇか
らシリンダヘツド１１ａに垂直に降ろした線Ｈよ
り図の左側部分の１８ｄの斜面１８ｅが、鋳造時
にＪ方向に型抜きできるようになり、口金１２の
鋳造時において、ＪとＫ方向に型抜きが容易に行
なえる。

また、この噴孔１８の上記斜面１８d′側の口金
１２の内周壁１２ａには、底面を形成する傾斜面
２１との間に適当な鈍角をなし、噴孔１８から副
燃焼室１０に流入する空気流をスムーズに案内す
る図の左下がりの斜面２４を形成している。

上記の副室構造とすると、まず第１に、圧縮行
程において、主燃焼室１３側から副燃焼室１０内
に流入する空気流は、その流入方向に通路断面積
が拡大する噴孔１８によつて若干流速が低下され
たうえで、副燃焼室１０内に適度な強さ（吹き消
えを生じない程度の強さ）を有する渦流Ｓを生成
することができる。

次に、燃料噴射弁１９のノズル１９ａから噴射
される燃料は、適当な拡がりをもつて口金１２に
よつて形成される傾斜面２１と側壁２２とのコー
ナ部２３に衝突し、コーナ部２３の連続的に変化
する湾曲面によつて噴射燃料は種々の角度で反
射、特に高温部である副燃焼室中心部に飛散さ
れ、反時針回りの渦流Ｓと衝突してミキシングが
有効に促進されることとなる。

そして、冷間始動時においても、グロープラグ
２０の補助により、燃料は良好に着火し燃焼を開
始する。燃焼を開始したガス、つまり燃焼ガスと
未燃焼ガスは、矢印Ｒで示すように、上記傾斜面
２１に案内される形で、噴孔１８の副燃焼室１０
側開口部１８ａから噴孔１８内にスムーズに流入
し、噴孔１８によつて次第に絞られて流速をあげ
ながら、主燃焼室１３を形成するピストン頂部の
凹部１７に噴出される。このように、燃焼を開始
したガスは、スムーズにかつ、流速を早めて主燃
焼室１３に噴出されるため、主燃焼室１３内の空
気利用率が格段に改善される。

このことは、特に高負荷高回転時における出力
性能の向上にとつて有利であり、高負荷高回転時
に多く発生するスモーク（カーボン粒子を多く含
んでいる。）の低減にとつても有利である。

さらに、上記のように、副燃焼室１０の底面を
主燃焼室１３の中心に向つて高くなつた傾斜面２
１として形成することによつて、この傾斜面２１
と噴孔１８の長辺側斜面１８ｃとの間の角度θ₄が
大きくなり、特に熱負荷の厳しい長辺側斜面１８
ｃの副燃焼室１０側開口部１８ａ部分の肉厚を確
保できる利点もある。

なお、第４図に示すように、噴孔１８の長辺方
向の斜面１８ｃの一定の傾き角θ₁に対し、これと
対向する斜面１８d′の傾き角θ′₂も噴孔１８の全長
に亘つて一定としてもよい（但し、θ₁＞θ′₂）。こ
の実施例では、θ₁＝50゜、θ′₂＝40゜、θ₄＝67.5゜
とし
ている。また、口金１２としては、第５図に示す
ようにセラミツクスを用いて形成してもよい。セ
ラミツクスは、通常口金１２の材料として用いら
れているステンレス材に比して、一層耐熱性、断
熱性にすぐれている点で有利である。

なお、第４図、第５図において、第２図のもの
と同一のものには、同一の番号を付して重複した
説明を省略する。

次に、第６図、第７図には、従来の平底タイプ
の副室構造と、本発明にかかる底面が傾斜した底
傾斜タイプの副室構造とについて、失火消滅に必
要な燃料の噴射開始タイミング（進角量）を求め
た実験結果を夫々示す。進角度は、BTDCから
の度数で表わし、第６図には、セタン価５３の燃
料についての結果を、第７図にはセタン価４０の
燃料についての結果を夫々示す。なお、実験は、
外気温（−15℃）の条件下で行ない、デイーゼル
エンジンとしては、圧縮比23.0のものを用いた。

平底タイプのもの（△）と本発明にかかる底傾
斜タイプ（○）とを比較すれば明らかなように、
進角度にして約4゜程度の改善が得られ、特にセタ
ン価４０の粗悪燃料でも大幅な改善が得られたこ
とは注目すべきである。

第８図、第９図には、各々本発明にかかる副室
構造（第４図に示す仕様）を備えた副室式デイー
ゼルエンジンの全負荷性能および部分負荷性能
（エンジン回転数1500rpm）を比較例とともに示
す。

なお、比較例としては、底傾斜であるが、噴孔
がテーパになつていないストレートのものを用い
た。

第８図に明らかなように、全負荷性能において
本発明のものは、比較例より出力性能に優れ、ス
モーク量および燃料消費率に関しても、特に高回
転域で大幅な改善が得られた。さらに、第９図に
示す部分負荷性能においても、スモーク量および
燃料消費率に関して大幅な改善が得られた。

以上のデータから理解されるように、本発明は
底傾斜とテーパ噴孔との組合せの結果として、上
記の諸性能が得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の副室構造を示す要部断面図、第
２図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第３
図は噴孔の平面図、第４図、第５図は各々本発明
の他の実施例を示す第３図と同様の要部断面図、
第６図、第７図は各々従来例との比較で失火消滅
に必要な燃料噴射の開始タイミング（進角量）を
エンジン回転数（rpm）を横軸として示すグラ
フ、第８図、第９図は本発明にかかる副室構造を
備えたデイーゼルエンジンの全負荷性能および部
分負荷性能を各々示すグラフである。 １０……副燃焼室、１３……主燃焼室、１８…
…噴孔（１８ａ……副燃焼室側開口部、１８ｂ…
…主燃焼室側開口部）、１９……燃料噴射弁、２
１……傾斜面、２２……側壁、２３……コーナ
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 副燃焼室の底面をシリンダヘツド下面に対し
   て主燃焼室の中心側に高く傾斜させ、且つ上記副
   燃焼室の底面から側面に移行するコーナ部分に噴
   射燃料が当るよう燃料噴射ノズルを配設するとと
   もに、上記副燃焼室と主燃焼室とを連通する噴孔
   を副燃焼室側開口部の通路断面積が主燃焼室側開
   口部の通路断面積より拡大するよう形成したこと
   を特徴とするデイーゼルエンジンの副室構造。