JPH0583731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は渦流燃焼室式デイーゼル機関に係り、
特に、アイドリング時、低負荷時において、その
燃焼を緩慢にして騒音や振動を大巾に低減しつつ
HC、CO等の生成を可及的に抑止できる渦流燃焼
室式デイーゼル機関に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に渦流燃焼室式デイーゼル機関は、第１図
に示すようにシリンダヘツド１内に渦流燃焼室２
が区画形成されている。この渦流燃焼室（以下、
単に「燃焼室」という。）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料噴射ノズ
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燃焼される。

ところで、従来にあつては、噴射される燃料の
霧化・蒸気化が良好でないと着火遅れが生ずると
いう問題があつた。この着火遅れは、着火が遅れ
るために多くの量蒸気ができて着火と同時に爆発
し、急激な燃焼が起つてシリンダ室３内の圧力上
昇率を高め、大きな圧力波を生じさせてその圧力
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、殊にアイドリ
ング時等にあつては、体感上も好ましいものでは
ない。

このような実情に鑑み本発明者は、第２図に示
すような渦流燃焼室式デイーゼル機関を考えてい
る。

第１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
れより分岐させて形成された１つの副噴口７とを
有する噴射ノズル８が設けられている。この噴射
ノズル８は、アイドリング時、低負荷時等少量の
燃料で足りる場合に、主噴口６を閉じた状態で針
弁９を往復動させることにより、副噴口７のみか
ら燃料Ｆを噴射するように構成されている。つま
り上記噴射ノズル８は、機関負荷に対応した供給
燃料の圧力に応じて順に開放される副噴口７及び
主噴口６を有して形成され、供給燃料圧力の低い
機関の低負荷、アイドリング時には副噴口７のみ
を開放して微粒子化された燃料の噴霧を燃焼室２
の内壁２ａへ向けて噴射するように構成し、供給
燃料圧力が、低負荷、アイドリング時の燃料圧力
を備える時は、副噴口７のみならず主噴口６も開
放して、副噴口７及び主噴口６から燃料を噴射す
るように構成している。ただし、噴射ノズル８の
構成上、副噴口７は主噴口６に対して先行して開
放されるようになるが、噴射された燃料を良好に
燃焼させるために副噴口７の開放時期は通常のデ
イーゼル機関と同様に圧縮上死点近傍としてい
る。他方、この噴射ノズル８を囲繞して高温なシ
リンダヘツド１からの熱伝達を防止するための筒
体状のヒートシールド１０には、燃焼室２の内壁
２ａを形成すると共に噴射ノズル８を係止するた
めの爪部１０ａに副噴口７に相対向するように臨
ませて燃焼貯室１１が形成される。この燃焼貯室
１１はアイドリング時等、副噴口７から霧状に噴
射される燃料Ｆを一部受容して液化状態で貯留す
るように構成され、その周辺に飛散される燃料は
渦流Ｓによつて混合気化されて即座に燃焼に供さ
れる。そして、燃料貯室１１に貯留された燃料は
未燃のまま残し、次サイクルの圧縮行程において
燃料噴射に先立つて圧縮熱により着火燃焼させて
燃焼室２内温度の上昇に寄与させ、再び副噴口７
から噴射される燃料の着火性を向上させて着火遅
れを防止しようとするものである。

さらに具体的に説明すると、供給燃料圧力が低
い低負荷時（アイドリング時を含む）には当然に
副噴口７のみが開となり、微粒子化された燃料が
燃焼室２内に供給されるようになるが、着火遅れ
に起因する筒内圧力の急激な上昇を防止して低負
荷時、アイドリング時に、燃焼騒音の増大を阻止
するためには、機関負荷に対応する量の燃料を副
噴口７から噴射させることの他に、噴射前におい
て筒内（シリンダ）圧力を予め高い圧力にしてお
くことが有効となる。つまり、故意に圧縮上死点
よりかなり手前で早期着火を発生させることによ
つてシリンダ内及び燃焼室２の圧力、温度を上昇
させておき、この後の新たな燃料供給による筒内
圧力上昇値が事前の圧力に対して急激な上昇とな
ることを防止すれば、その結果として低負荷時、
アイドリング時の燃焼騒音が減少できるようにな
るからである。燃焼貯室１１に燃料を貯留してお
き次の圧縮サイクルで早期着火の燃料として使用
するといつた技術は、低負荷、アイドリング時の
熱エネルギは高負荷時に比較して小さな量である
こと、渦流燃焼室のような予燃焼室を持つデイー
ゼル機関は、周知のように燃焼室（渦流燃焼室）
での燃焼後の火炎及び未燃燃料を含む燃焼ガスを
シリンダ内に導入させてそのシリンダ内の高温の
新気と混合させ、最終的に燃焼を完結させる機関
であること、MAN−Ｍ型燃焼機関のように、ピ
ストンの燃焼室の内壁に引火性燃料（軽油）の液
膜を厚く形成すると液膜化された燃料は全てが蒸
発・燃焼に関与されずにそのまま未燃焼燃料とし
て残留されてしまうという結果を総じて考慮すれ
ば実現可能な技術である。

なお関連技術として渦流燃焼室にピントークス
（Pintaux）タイプの噴射ノズルを設けると共に、
この渦流燃焼室の最もスワールの上流側に位置さ
せて小室を形成し、この小室に上記噴射ノズルの
副噴口を臨ませて小室内に燃料の噴霧を侵入さ
せ、そして、小室の内壁を燃料と酸化反応を起こ
して小室内で燃焼を積極的に生じさせる触媒で構
成した「圧縮着火式内燃機関の燃焼促進装置」
（特開昭58−41218号公報）がある。

しかし、この提案では、渦流燃焼室の側壁に薄
い燃料膜を形成し、その燃料膜の緩慢な蒸発燃焼
によつて渦流燃料室の急激な圧力上昇を防止する
という技術思想を有しているものでなく、また、
小室をスワールの最も上流側に設けることによつ
て、貫徹力が小の副噴口の噴霧がスワールの影響
を受けて小室内へ侵入できなくなつてしまうとい
う問題がある。そして小室の機能は、副噴口から
噴射された燃料を補足した時点で酸化燃焼させる
ものであり、小室に燃料を液状態で貯留し、次の
圧縮サイクルの前半で早期着火の燃料として使用
されるものとは技術思想を異にする。

しかし本提案にあつても、貯室１１への貯留量
が過多であると液化状態の燃料を蒸気化させて燃
焼させる割合が高くなり過ぎ、燃料噴射前に全て
燃焼に供されるべき貯留燃料の一部が燃焼過程に
おいても比較的低温度で滞留し、未燃分として燃
焼室２からシリンダ室３へと流出してそのまま排
出されることが考えられ、HCやCOを悪化させる
ことが懸念される。

本発明は上述した如き問題点に鑑みて創案され
たものであり、その目的は、アイドリング時、低
負荷時等において、HC等の悪化を可及的に抑制
しつつ噴射される燃料の蒸気化をゆつくり行なわ
せ、その燃焼を緩慢にして騒音や振動を大巾に低
減できる渦流燃焼室式デイーゼル機関を提供する
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、渦流燃焼
室に臨ませて、主噴口及び２個に分割された副噴
口を備える燃料噴射ノズルを取り付け、前記燃料
噴射ノズルは、機関アイドリング時を含む低負荷
時に、主噴口を閉じて副噴口のみを開放するよう
に構成され、前記副噴口のうち一方の副噴口は、
この副噴口から噴射される燃料の一部を受け入れ
て液状態で貯留するように、前記渦流燃焼室内に
生起される渦流の上流側に形成された燃料貯室に
臨ませられると共に、前記副噴口のうち他方の副
噴口は、前記渦流燃焼室内に生起される渦流の下
流側の渦流燃焼室壁面に近接して臨ませられたも
のである。

［作用］ 機関低負荷時、アイドリング時には、噴射ノズ
ルに供給される燃料の圧力は低く副噴口のみが開
放され微粒子化された燃料の噴霧が噴射される。
この微粒子化された燃料の噴霧の一部は、噴射ノ
ズルより渦流の上流側に設けられた燃料貯室に受
入れられて液状態で貯留される。同時に他方の副
噴口から噴射された燃料の噴霧の残部は、その噴
霧のもつエネルギによつて渦流燃焼室のスワール
下流側へ順次拡散されるように薄い燃料の液膜を
形成する。この液膜は渦流燃焼室内雰囲気によつ
て次第に蒸発され、渦流燃焼室内で緩慢に燃焼さ
れる。

一方、上記燃料貯室に貯留された燃料は、次の
噴射前において筒内圧力を予め高い圧力にしてお
くことに有効に関与する。つまり、上記燃料貯室
に貯留された燃料は、圧縮上死点よりかなり手前
で早期着火を起こしてシリンダ内及び渦流燃焼室
の圧力、温度を上昇させるため、この圧力上昇の
ピークを、圧縮上死点近傍で噴射される副噴口の
燃料が着火を起こした時の圧力に近付けることに
よつて渦流燃焼の急激な圧力の上昇を阻止し、低
負荷時、アイドリング時の燃焼騒音を抑制する。
また、特開昭58−41218号公報に記載されたもの
と異なつて、この低負荷時等に上記副噴口が作る
燃料の液膜は、予混合気（燃料の蒸気と空気との
混合気）を一気に生成せずに徐々に壁面蒸発され
る燃料の蒸気によつて圧力を緩慢に上昇させる程
度の予混合気を生成する。このため、蒸気燃料貯
室の作用と燃料の液膜の作用によつて筒内圧力は
変動の少ない安定した圧力特性に近づき、燃焼騒
音が減少するようになる。

［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３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が生成されると共にその
室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が燃焼室２内に連通さ
れた円筒体状の取付け孔部１４にヒートシールド
１０を介して装着され、その燃焼室側外壁１３ａ
はヒートシールド１０の下り返された環状の爪部
１０ａに係止される。このノズル本体１３の内側
には、第４図に示すように燃料ポンプから燃料が
圧送される燃料供給通孔１５が形成され、この供
給通孔１５は、燃焼室２側に順次縮径された錘体
面状の弁座面１６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６に連通される。ま
た弁座面１６の途中には、主噴口６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１７，１８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１５側から
主噴口６に亘つて針弁９が設けられる。

針弁９は、主に主噴口６を開閉するための軸体
状の第１弁体部９ａと、供給通孔１５を開閉する
ための錘体状の第２弁体部９ｂとを備えている。
針弁９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９ａ
は、必要燃料が少なく針弁９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
６を閉成状態に維持し得る深さで主噴口６に挿通
される。他方、第２弁体部９ｂは、上記弁座面１
６にその周方向に沿つて略線触媒の状態で着座さ
れ、針弁９の往復動に常時追従して供給通孔１５
を開閉するように構成される。

副噴口１７，１８はその入口側がこれら弁座面
１６と第２弁体部９ｂとの間に形成され主噴口６
閉成時にあつても供給通孔１５から燃料が供給さ
れる間隙Ｃに連通される。そして、アイドリング
時等噴射燃料の量が少い場合にあつては、これら
副噴口１７，１８のみから燃料噴射が行なわれる
ように構成される。

本実施例にあつては、上記提案に係る噴射ノズ
ルの副噴口を分割した如く、２つの副噴口１７，
１８が設けられ、供給通孔１５から供給される１
サイクル分の燃料を分配して噴射するように構成
される。

このように構成された副噴口１７，１８のうち
の一方の副噴口１７の噴出端１７ａに臨ませて燃
料貯室１１が設けられる。本実施例にあつては、
ノズル本体１３の燃焼室側外壁１３ａを係止すべ
く折り返され、燃焼室２の内壁２ａの一部分を構
成するヒートシールド１０の爪部１０ａに形成さ
れる。この燃焼貯室１１は、副噴口１７に相対向
すべく開口された有底孔もしくは溝等の凹部とし
て形成され、副噴口１７から噴射される霧状の燃
料を受容して液化状態で貯留するように構成され
る。

他方、第３図及び第４図に示す如く、他の副噴
口１８は、その噴出端１８ａが燃焼室２内に生成
される渦流Ｓの下流方向の内壁２ａに臨ませて形
成され、噴出される燃料Ｆを内壁２ａに沿つて薄
い液膜Ｌとして流し渦流Ｓによる蒸気化・混合気
化が抑制されるように構成される。またこれら副
噴口１７，１８の噴出端１７ａ，１８ａには径小
に形成され、殊に内壁２ａに臨む副噴口１８から
噴出される燃料の粒径を細くして液膜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を渦粒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。

次に本発明の作用について述べる。

第３図及び第４図に示す如く、アイドリング
時、低負荷時にあつては、針弁９が往復動され第
２弁体部９ｂが燃料供給通孔１５を開閉して間〓
Ｃに燃料を供給するも第１弁体部９ａは主噴口６
を閉成状態に維持することとなり、１サイクル分
の燃料は各副噴口１７，１８から分配して噴射さ
れる。燃料貯室１１に臨む副噴口１７から噴射さ
れる霧状の燃料は貯室１１内に受容され、噴射時
の燃焼には供されず液化状態で貯留される。ここ
に貯留された燃料は次サイクルの圧縮行程におい
て、燃料噴射に先立つて圧縮熱により加熱され蒸
気化して燃焼室２内に流出されて着火燃焼され燃
焼室２内温度上昇に寄与してその後噴射される燃
料の着火性を向上して着火遅れを防止でき、アイ
ドリング時等の騒音を可及的に抑制することがで
きる。これに際して、副噴口１７から噴射され燃
料貯室１１に貯留される燃料量は他の副噴口１８
に分配されることから過多となることはなく、燃
料噴射前に的確且つ充分に蒸発されてほとんど完
全燃焼させ着火性向上に寄与されることができ、
燃焼過程で未燃分として残留するのを可及的に抑
止してHC、CO等の悪化を防止することができ
る。これに対して、他の副噴口１８から噴射され
る燃料は、噴射後即座に燃焼室２の内壁２ａに広
範な薄い液膜Ｌを形成する。これに際して、液膜
Ｌの形成方向は渦流Ｓの下流側、即ち渦流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により内壁２ａから剥がされるのを
可及的に抑制できる。しかし、全く燃料の蒸気化
が阻止されるわけではなく、副噴口１８が径小に
形成されることから粒径自体が比較的細く、且つ
広範囲に薄膜状に流すので液膜Ｌ自体は蒸発し易
い状態となつている。従つて上述した如く前サイ
クルで貯留された燃料が圧縮行程で燃焼して燃焼
室２内の温度を高めることにより、壁面から蒸気
化してくる燃料が着火燃焼され、緩慢な燃焼プロ
セスを辿ることになる。このような緩慢燃焼は更
にシリンダ室３内の圧力上昇率を押え、騒音・振
動を抑制できる。これに際して、内壁２ａに流れ
る燃料は薄膜且つ細粒であり、HC等の悪化をこ
の面からも抑制できる。

尚、通常運転から高負荷運転にあつては、針弁
９により主噴口６が開放され渦流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１７，１８から若干燃料が噴射され
ることになるが、全噴射燃料量に対し少量であ
り、且つ又燃焼室２内は非常に高温となるので悪
影響を及ぼすことはない。

［変形実施例］ 第５図には、上記実施例の変形例が示されてい
る。

第５図に示すものは、上記実施例におけるノズ
ル本体１３に、前期渦流燃焼室２内に生起される
渦流Ｓの下流側に、渦流燃焼室内壁面２ａと滑ら
かに連続され、更に前記副噴口１８と接線方向に
連なるようにガイド面１９を形成し、前記副噴口
１８から噴射される燃料を、前記ガイド面１９及
び前記渦流燃焼室内壁面２ａに沿つて薄い液膜を
形成するように流すものである。本変形例にあつ
ては、また副噴口１８から噴射される燃料を即座
に壁面たるガイド面１９に付着させて流すことが
でき、燃料が内壁２ａに到達するまでの間に渦流
Ｓに巻込まれて蒸気化、混合気化するのを抑制で
き、急速燃焼を更に緩和できる。また、このガイ
ド面１９は、副噴口１８が形成されるノズル本体
１３に一体的に形成するので、製作上はガイド面
１９に沿つて副噴口１８を穿設でき、精度が要求
される副噴口１８とガイド面１９との接続部を的
確且つ滑らかに加工することができる。

本変形例にあつても上記実施例と同様な効果を
奏することは勿論である。

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６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ように使用され
るのに対して、本発明に採用されるノズル１２の
副噴口１８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２ａ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。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次の如き優れた
効果を発揮する。

(1) アイドリング時、低負荷時等に燃料を噴射さ
せるための副噴口を２個設けると共に一方の副
噴口から噴射される燃料の一部を貯留する燃料
貯室を渦流の上流側に設け設け、この燃料貯室
の燃料を次サイクルの燃料噴射前、圧縮行程に
おいて燃焼室内の温度上昇に寄与させるように
したので、可及的に着火遅れを防止でき騒音・
振動を低減させることができる。

(2) また他方の副噴口の噴射端を渦流の下流側の
渦流燃焼室内壁に臨ませて、これより噴射され
る燃料を内壁に沿つて流して液膜を形成させる
ようにしたので、過剰な蒸気化・混合気化を抑
制して順次緩慢な燃焼を達成でき、この面から
も騒音・振動を大幅に低減できる。

(3) 更に、副噴口から噴射される燃料を分配し、
燃料貯室内の燃料過多に基く過剰な蒸発燃焼割
り合いを低減できるとともに、可及的に広範囲
に細粒化した燃料の噴霧によつて薄い液膜を形
成してその蒸発化を補うことができ、可及的に
未燃分の発生を抑えてHC、CO等の悪化を抑止
できる。

(4) 構造が簡単で容易に採用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す側断面図、第２図は検討
された実施例を示す側断面図、第３図は本発明の
好適一実施例を示す側断面図、第４図は第３図の
要部拡大断面図、第５図は変形実施例を示す側断
面図である。 図中、２は渦流燃焼室、２ａはその内壁、６は
主噴口、１１は燃料貯室、１２は噴射ノズル、１
７，１８は副噴口、１７ａ，１８ａはそれらの噴
出端、Ｆは燃料、Ｓは渦流である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 渦流燃焼室２に臨ませて、主噴口６及び２個
   に分割された副噴口１７，１８を備える燃料噴射
   ノズル１２を取り付け、前記燃料噴射ノズル１２
   は、機関アイドリング時を含む低負荷時に、主噴
   口６を閉じて副噴口１７，１８のみを開放するよ
   うに構成され、前記副噴口のうち一方の副噴口１
   ７は、この副噴口１７から噴射される燃料の一部
   を受け入れて液状態で貯留するように、前記渦粒
   燃焼室２内に生起される渦流の上流側に形成され
   た燃料貯室１１に臨ませられると共に、前記副噴
   口のうち他方の副噴口１８は、前記渦流燃焼室２
   内に生起される渦流の下流側の渦流燃焼室内壁面
   ２ａに近接して臨ませられたことを特徴とする渦
   流燃焼室式デイーゼル機関。