JPH0574686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はデイーゼル機関に係り、特に渦流燃焼
室、予燃焼室等の副燃焼室を有するデイーゼル機
関において、アイドリング時等の低負荷時におけ
る燃焼を緩慢にしてシリンダ内の圧力上昇率を低
く抑えることができ、騒音や振動を大幅に低減で
きるデイーゼル機関に関する。

［従来の技術］ 第１０図には副燃焼室の一例として渦流燃焼室
を備えたデイーゼル機関が示されており、シリン
ダヘツド１内には渦流燃焼室２が区画形成されて
いる。この燃焼室２は、シリンダブロツク（図示
せず）に形成されたシリンダ室３に連通されてお
り、ピストンの上昇によつ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Ｆを噴射するための燃焼噴射ノズル４が設
けられている。そして噴射ノズル４から噴射され
た燃料Ｆは渦流Ｓによつて混合気化が促進され、
圧縮熱により着火されて燃焼される。

ところでデイーゼル機関にあつては着火遅れ期
間が長いとデイーゼルノツク（着火遅れ期間中に
噴射された燃料が予混合気となつて燃焼室２内を
全体に高いエネルギー状態とし、多数の火炎核の
発生と同時に一気に（爆発的に）燃焼を進行させ
る。）を生じさせる。このような急速燃焼はシリ
ンダ室３内の圧力上昇率を高めて大きな圧力波を
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
グ時等にあつては機関全体の温度も低くなつてい
るため燃料自体の着火性が悪くその傾向が顕著で
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出願人は、第１１図
に示すような「デイーゼル機関の渦室」を提案し
た（実開昭58−82432号公報）。本考案にあつては
第１０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
れより分岐させて少量の予行噴射を行なう副噴口
７とを有する噴射ノズル（所謂、「ピストウノズ
ル」）８が設けられている。そして、副噴口７は
グロープラグ９に臨ませられて、主噴口６からの
燃料噴射前に燃料Ｆを噴射し、且つその燃料Ｆを
グロープラグ９に衝突させて燃料の微粒化を図
り、早期着火を達成させる。

［発明の解決しようとする問題点］ ところで、上記提案のように騒音低減や未燃燃
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すれば着
火遅れ期間を短縮化させて、燃焼室２全体に亙る
着火性を向上でき相当の騒音性能等の改善を達成
できる。しかしながら、単に着火性のみを追及す
ると短縮された着火遅れ期間内でも蒸気化・予混
合気化する燃料量が多いことから急速燃焼を充分
に抑制できず騒音性能が劣化することが懸念され
る。

そこで本発明は、着火遅れ期間を短縮化させる
と共に、噴射される燃料の蒸気化をゆつくり行わ
せ、その燃焼を緩慢にして騒音や振動を大幅に低
減できるデイーゼル機関を提供すべく創案された
ものである。

なお緩慢燃焼を図つた従来技術としては、実開
昭59−88218号公報がある。しかしながらこの提
案では燃料噴射ノズルのヒートシールドに凹部を
形成するものであるので、副噴口から噴射された
燃料を緩慢燃焼に寄与させるには不充分である。
すなわち副噴口から噴射された燃料が凹部に一時
滞留しても、副燃焼室の内壁との段差により副燃
焼室へ流れることなく剥がれてしまい、急激に蒸
発・燃焼させるおそれがある。本発明は早期着火
の後の緩慢燃焼を確実に行うものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、副燃焼室に連通する通路の主噴口を
有する噴射ノズルを設け、該噴射ノズルに上記主
噴口から分岐された副噴口を副燃焼室内壁に続く
通路内壁に臨ませて形成し、該通路内壁に、噴射
燃料の一部を飛散させ残部を付着させる燃料滞留
部を設け、付着した燃料を副燃焼室内壁に沿つて
液膜状に流し順次蒸気化させるように構成したも
のである。

［作用］ 上記構成によつて、アイドリング時や低負荷時
に副噴口から燃料が噴射され、通路内壁の燃料滞
留部に衝突する。その一部は微粒化・霧化されて
副燃焼室内に飛散すると共に、残りの燃料は燃料
滞留部に付着し、その後副燃焼室内壁に流れて液
膜を形成する。これで飛散した燃料により早期着
火がなされ、且つ燃焼室内壁から順次蒸気化して
くる燃料により緩慢燃焼が行われる。

［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従つ
て詳述する。

第１図に示すように、２はシリンダヘツド１内
に区画形成された副燃焼室たる渦流燃焼室であ
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の一側部には副噴口１０の噴出端
１０ａに近接させるように設けられ、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１２が設けられる。この噴
射ノズル１２は、その外殻を形成するノズル本体
１３が通路１１に連通された円筒体状の取付け孔
部１４にヒートシールド１５を介して装着され、
その燃焼室側壁１３ａはヒートシールド１５の折
り返された環状の爪部１５ａに係止される。この
ヒートシールド１５はノズル本体１３を高温なシ
リンダヘツド１か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１３の内側には、燃料ポンプから燃
料が圧送される燃料供給通孔１６が形成され、こ
の供給通孔１６は、燃焼室２側に順次縮径された
錐体面状の弁座面１７を介して、燃焼室２内に燃
料を噴射すべく形成された主噴口１８に連通され
る。また弁座面１７の途中には、主噴口１８から
分岐させてノズル本体１３の径方向外方へ比較的
径小な副噴口１０が形成される。このように形成
されたノズル本体１３内には、供給通孔１６側か
ら主噴口１８に亙つて針弁１９が設けられる。

針弁１９は、主に主噴口１８を開閉するための
軸体状の第１弁体部１９ａと、供給通孔１６を開
閉するための錐体状の第２弁体部１９ｂとを備え
ている。針弁１９は図示されない作動機構により
クランク角に追従して且つ負荷状態に応じて相当
の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１９ａは、必要燃料が少なく針弁１９
のリフト量が小さいとき、即ち、アイドリング時
や低負荷時等主噴口１８を閉成状態に維持し得る
深さで主噴口１８に挿通される。他方、第２弁体
部１９ｂは、蒸気弁座面１７にその周方向に沿つ
て略線接触の状態で着座され、針弁１９の往復動
に常時追従して供給通孔１６を開閉するように構
成される。

副噴口１０はそ入口側がこれら弁座面１７と第
２弁体部１９ｂとの間に形成された主噴口１８閉
成時にあつても供給通孔１６から燃料が供給され
るようになつている。そしてアイドリング時等噴
射燃料の量が少ない場合にあつては、この副噴口
１０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口１０は、図示する
ように、その噴出端１０ａがこれより噴射される
燃料Ｆを燃焼室２内に生成される渦流Ｓの下流方
向の燃焼室内壁２０に沿わせて流すべく、近接さ
せて形成された通路１１の内壁２１に臨ませて開
口される。そして殊に本発明にあつては副噴口１
０が臨む通路内壁２１には副噴口１０から噴射さ
れて衝突する燃料Ｆのうち一部F₁を衝突の勢い
で霧化させ、そのまま燃焼室２内方へ飛散させ渦
流Ｓによつて混合気化させて着火に寄与させると
共に、大部分（残部）の燃料Ｆを直ちに衝突付着
させて液膜Ｌの状態で燃焼室内壁２０に流し渦流
Ｓによる蒸気化・混合気化を抑制する燃料滞留部
２２が形成される。即ち、通路内壁２１に衝突し
霧化し飛散して渦流Ｓにより混合気化される燃料
の一部F₁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２０に沿つて液膜状に流し
た燃料Ｆによつて緩慢化させる。具体的には燃料
滞留部２２は、通路内壁２１に凹凸状の溝が刻設
等されて形成され、副噴口１０からの噴射燃料Ｆ
を効率良く付着させると共に、燃料の一部F₁を
通路１１から燃焼室２側へ飛散させるようになつ
ている。

第２図〜第７図には燃料滞留部２２の更に具体
的な実施例が示されている。

第２図に示すものは筒体状の通路内壁２１の周
方向に沿つて凹凸を複数配設し、通路１１の軸方
向に多段に溝を形成したものであり、加工性の観
点から三角ネジ状のネジ山を螺旋状に配して成る
ものである。

第３図に示すものは第２図における三角ネジ状
のネジ山に替えて台形ネジ状のネジ山を配して形
成したものである。これらは加工性に優れたもの
である。

第４図及び第５図に示すものは、通路１１の軸
方向に沿つて凹凸を複数配設し、通路内壁２１の
周方向に多段に溝を形成したものであり、所謂ス
プライン歯用に構成したものである。本実施例は
溝を深く加工できるので燃料の付着を促進でき予
混合気の生成が抑えられて騒音性能を向上でき
る。

第６図に示すものは、筒体状の通路内壁２１に
これより径方向外方へ孔部２３を複数穿設し、こ
れら孔部２３により凹凸状の溝を形成したもので
ある。このような燃料滞留部２２は、孔部２３を
形成したスリーブ２４を別途製作し、このスリー
ブ２４を通路１１に内設して構成しても良い。

第７図に示すものは通路１１内に筒体状の多孔
質材２５、例えばセラミツク材等を内設して凹凸
状の溝を形成させたものである。

セラミツク材は耐熱性等に優れ、燃料滞留部２
２に使用するのに好適なものである。本実施例で
は溝成型等を要しないので生産性が良い、 いずれの具体例によつても略同様な機能を発揮
させることができる。

他方副噴口１０の噴出端１０ａ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Ｌが
蒸発され易く形成される。即ち、燃料を液膜化し
且つその液膜Ｌを渦流Ｓの下流側へ流すことによ
り、燃料の蒸気化・混合気化を抑制することがで
きるが、燃料の蒸発が著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Ｌ
を薄くし、且つ粒径を細かくすることで燃料の蒸
気化を補い、これらのバランスをとつて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１図に示すように、２６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て加熱すべく燃焼室
２内方に浮く延出されるものであるが、本実施例
にあつては液膜Ｌに接触させるべく渦流Ｓの下流
方向の燃焼室内壁２０に沿うように設置されてい
る。このように構成す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２６の
耐久性を向上させることができる。

次に作用について述べる。

第１図に示す如く、アイドリング時、低負荷時
にあつては、針弁１９が往復動され第２弁体部１
９ｂが燃料供給通孔１６を開閉して燃料を供給す
るも第１弁体部１９ａは主噴口１８を閉成状態に
維持することとなり、燃料は副噴口１０のみから
噴射される。噴射される燃料Ｆは、噴射後直ちに
通路内壁２１の燃料滞留部２２に衝突し、一部
F₁は微粒化・霧化されて燃焼室２に飛散すると
共に、大部分の燃料Ｆは所定の角度域で燃焼室内
壁２０に広範な薄い液膜Ｌを形成する。これに際
し、燃料滞留部２２はその凹凸状の溝により効果
的に噴射燃料を付着滞留させて通路１１から燃焼
室内壁２０へ流すと共に、燃料の一部F₁を燃焼
室２側へ飛散させる。ここに燃焼室内壁２０に流
される大部分の燃料Ｆは渦流Ｓの下流側すなわ
ち、渦流Ｓの流れ方向と同方向であるから、液膜
Ｌが高温な圧縮空気の渦流Ｓによつて燃焼室内壁
２０から剥されるのを可及的に抑制できる。しか
し、全く燃料の蒸気化・混合気化が阻止されるわ
けではなく、副噴口１０が径小であることから粒
径自体は比較的細く、且つ広範囲に薄膜状に流す
ので、液膜Ｌも蒸発し易い状態となつている。従
つて上述したような、燃焼室２内に一部飛散され
た燃料F₁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つて燃焼室内壁２０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８図に示す
ように、従来着火遅れT₂に伴つてシリンダ室内
全体が高エネルギ状態となつて爆発的に燃焼が進
行していたのに対し（図中、破線Ｂで示す。）、本
発明にあつては通路内壁２１の燃料滞留部２２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、早期着火を達成しつつ（図中T₁で示
す）、燃料の大部分を液膜Ｌとして燃焼室内壁２
０から緩やかに蒸気化させて燃焼させるようにし
たので実線Ａで示すようにシリンダ内平均有効圧
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き、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
時等低負荷時における副噴口１０の噴射期間であ
る。

第９図には、各エンジン冷却水温に対する騒音
の測定結果が示されている。図中、×、○は夫々
第１０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
例に比し優れた騒音性能を発揮できることが実証
された。

尚、燃焼室内壁２０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、通常運転から高負荷運転にあつては、針弁
１９により主噴口１８が開成されて渦粒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
れに際しても副噴口１０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。

更に本発明にあつては、燃焼室２に臨ませた通
路内壁２１と噴出端１０ａ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１２
は、着火性を向上させるために、主噴口から燃料
を噴射する前に予行噴射を行う所謂“ピントウ・
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。ピントウ・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１２の副噴口１０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２０に沿つて混合気化を抑える燃料
の液膜Ｌを形成するものである。

尚、上記実施例にあつては副噴口１０を１つ形
成したものについて説明したが複数形成したもの
であつても良い。

また燃料滞留部２２も上記実施例に限定される
ものではなく、燃料の付着を容易にするものであ
ればよい。

更に上記実施例では副燃焼室として過流燃焼室
を例示して説明したが予燃焼室を備えたデイーゼ
ル機関に対しても適用できる。

［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
た効果を発揮する。

副噴口が臨む通路内壁に噴射燃料の一部を飛散
させ残部を付着させる燃料滞留部を設け、付着し
た燃料を副燃焼室内壁に沿つて液膜状に流し順次
蒸気化させるように構成したので、飛散された燃
料により早期着火が行われると共に、副燃焼室内
壁に形成される液膜により緩慢燃焼が確実に行わ
れ、騒音や振動の大幅な低減が達成される。

【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側断面
図、第２図は燃料滞留部の具体的実施例を示す側
断面図、第３図は他の具体的実施例を示す側断面
図、第４図は更に他の具体的実施例を示す側断面
図、第５図は第４図の−線矢視断面図、第６
図は更に他の具体的実施例を示す側断面図、第７
図は更に他の具体的実施例を示す側断面図、第８
図は本発明と従来例との燃焼プロセスを比較する
グラフ図、第９図は本発明、従来例の各エンジン
冷却水温における騒音測定値を示すグラフ図、第
１０図及び第１１図は従来例を示す側断面図であ
る。 図中、２は副燃焼室として例示した渦流燃焼
室、１０は副噴口、１１は通路、２１はその内
壁、１２は噴射ノズル、１８は主噴口、２２は燃
料滞留部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 副燃焼室に連通する通路に主噴口を有する噴
   射ノズルを設け、該噴射ノズルに上記主噴口から
   分岐された副噴口を副燃焼室内壁に続く通路内壁
   に臨ませて形成し、該通路内壁に、噴射燃料の一
   部を飛散させ残部を付着させる燃料滞留部を設
   け、付着した燃料を上記副燃焼室内壁に沿つて液
   膜状に流し順次蒸気化させるように構成したこと
   を特徴とするデイーゼル機関。 ２ 上記燃料滞留部が、蒸気通路内壁に形成され
   た凹凸状の溝によつて構成された前記特許請求の
   範囲第１項記載のデイーゼル機関。 ３ 上記凹凸状の溝が、上記通路の周方向に沿つ
   て複数配設され、上記通路の軸方向に多段に形成
   された前記特許請求の範囲第２項記載のデイーゼ
   ル機関。 ４ 上記凹凸状の溝が、上記通路の周方向に沿つ
   て螺旋状に配設され、上記通路の軸方向に多段に
   形成された前記特許請求の範囲第２項乃至第３項
   記載のデイーゼル機関。 ５ 上記凹凸状の溝が、上記通路の軸方向に沿つ
   て複数配設され、上記通路の周方向に多段に形成
   された前記特許請求の範囲第２項記載のデイーゼ
   ル機関。 ６ 上記凹凸状の溝が、上記通路にその径方向外
   方へ複数穿設された孔部によつて形成された前記
   特許請求の範囲第２項記載のデイーゼル機関。 ７ 上記凹凸状の溝が、上記通路に内設された筒
   体状の多孔質材によつて形成された前記特許請求
   の範囲第２項記載のデイーゼル機関。 ８ 上記多孔質材がセラミツク材で成型された前
   記特許請求の範囲第７項記載のデイーゼル機関。