JPH0583733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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、HC等
の生成を可及的に抑制しつつその燃焼を緩慢にし
てシリンダ内の圧力上昇率を低く抑えることがで
き、騒音や振動を大巾に低減できる渦流燃焼室式
デイーゼル機関に関する。

［従来の技術］ 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て燃焼さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで従来にあつては、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し、燃焼室２
全体に亘る着火性を向上してきたが、単に着火性
のみを追求すると燃焼室２内の混合気は全体に高
いエネルギー状態となり、多数の火炎核の発生と
同時に一気に燃焼が進行してしまう。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願発明者は、第２図に
示す如き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。副噴
口７は、渦流Ｓの流れ方向下流側で且つ燃焼室２
の内壁１０に相対向するように臨ませられてい
る。そして、副噴口７から噴射される燃料Ｆを内
壁１０に液膜Ｌとして付着させると共に、その周
辺に飛散される燃料を渦流Ｓによつて混合気化さ
せ、着火遅れを防止しつつ火炎核から始まる燃焼
をゆつくりと伝播して緩慢な燃焼をさせようとす
るものである。

しかし本提案にあつても、燃焼室２の形状上、
副噴口７と内壁１０との間が離隔され燃料Ｆが内
壁１０に到達するまでの間渦流Ｓに巻き込まれて
蒸気化・混合気化する燃料量が多いことが考えら
れ、急速燃焼を十分に抑制できないことが懸念さ
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、本発明の目的は、アイドリング
時、低負荷時において、HC等の生成を可及的に
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、上記の目的を達成するために、渦流
燃焼室に臨ませて、主噴口及び副噴口を備える燃
料噴射ノズルを、ヒートシールドを介してノズル
取り突け孔に取り付け、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
記燃料噴射ノズル又はヒートシールドの、前記渦
流燃焼室内に生起される渦流の下流側に、渦流燃
焼室内壁面と滑らかに連続され、更に前記副噴口
と接線方向に連なるようにガイド面を形成し、前
記副噴口から噴射される燃料を、前記ガイド面及
び前記渦流燃焼室内壁面に沿つて薄い液膜を形成
するように流し、緩慢な燃焼を行わせる渦流燃焼
室式デイーゼル機関において、前記副噴口は、前
記ガイド面に沿つて複数個並設して形成されてい
るか、又は前記ガイド面に沿つて並設される複数
の副噴口間を連通することにより所定の巾を有す
るスリツト状に形成されるものである。

［作用］ 上記構成によれば、アイドリング時、低負荷時
に副噴口から渦流の下流方向に薄い液膜を形成す
るようにガイド面を介し燃焼室の内壁に沿つて燃
料を流すことで、燃料を内壁から緩やかに蒸気化
させて緩慢に燃焼させることで、シリンダ室内の
圧力上昇率を低く抑えることができ、アイドリン
グ時、低負荷時の騒音や振動を大巾に低減するこ
とができる。

［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１１
が設けられる。この噴射ノズル１１は、その外殻
を形成するノズル本体１２が燃焼室２内に連通さ
れた円筒体状の取付孔部１３にヒートシールド１
４を介して装着される。このノズル本体１２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孔１５が形成され、この供
給孔１５は、燃焼室２側に順次縮径された錐体面
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、第４図、第５図及び第６
図に示すように、主噴口６から分岐させてノズル
本体１２の径方向外方へ所定の間隔を隔てて複数
の比較的径小な副噴口１７…が形成される。この
ように形成されたノズル本体１２内には、供給孔
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
体状の第一弁体部９ａと、供給孔１５を開閉する
ための錐体状の第二弁体部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移動量で往復
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の移動量が少ないとき、
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１６にその周
方向に沿つて略線接触の状態で着座し、針弁９の
往復動に常時追従して供給孔１５を開閉するよう
に構成される。

副噴口１７…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
燃料の量が少ない場合にあつては、この副噴口１
７…のみから燃料噴射が行なわれるように構成さ
れる。

このように構成された副噴口１７…の燃焼室２
側に臨む噴出端１７ａ…は、第３図、第４図及び
第５図に示すように、ノズル本体１２の燃焼室側
外壁１２ａを円形に区画する燃焼室内壁１０の周
方向に沿つて所定間隔を隔てて並設され、可及的
に広範囲に燃料を噴射し得るように構成される。
殊に本発明にあつては、これら噴出端１７ａ…
は、燃焼室２内に生成される渦流Ｓの下流方向の
内壁１０にその壁面に沿うように臨ませて形成さ
れ、噴出される燃料Ｆを内壁１０に沿つて薄い液
膜Ｌとして流すと共に、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。更にこれ
ら噴出端１７ａ…は径小に形成され、噴射燃料の
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等の増加を抑制しつつ緩慢燃焼を
達成しようとするものである。

このように構成された副噴口１７…と内壁１０
との間には、これらを間断なく連続させて一連な
面を形成し副噴口１７…から噴射される燃料Ｆを
直ちに付着させて液膜Ｌと成し内壁１０へと流す
ためのガイド面１８が介設される。即ち、ガイド
面１８によつて内壁１０の一部が副噴口１７…に
延長されたように構成される。本実施例にあつて
は、第４図、第５図及び第６図に示すように、ノ
ズル本体１２の燃焼室側外壁１２ａが副噴口１７
…の形成方向に沿つて且つ燃焼室内壁１０に滑ら
かに連なるように隆起され、更にノズル本体１２
の周方向へ拡張されて扇様の錐体面で形成され、
複数の副噴口１７…からそれらの径方向へ広がり
をもつて噴射される燃料Ｆを衝突付着させて内壁
１０に広範囲の薄い液膜Ｌを形成し得るように構
成される。また、燃料の一部F₁は噴射の勢いで
そのまま燃焼室２内方へ飛散され霧化・蒸気化し
て着火に供されることになる。

尚、１４はノズル本体１２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ための筒体
状のヒート・シールドである。本実施例にあつて
は、ノズル本体１２の一周側部がガイド面１８と
して内壁１０に連続されることからその部分は折
り返されず、残りの部分は主噴口６側に折り返さ
れている。

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が燃料供給孔１５を開閉して間隙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、燃料は各副噴口
１７…から噴射される。燃料Ｆは、副噴口１７…
の絞りで一部F₁がガイド面１８を含む内壁１０
近傍に飛散されて混合気化すると共に、大部分が
直ちにガイド面１８を伝つて内壁１０に広範に薄
い液膜Ｌを形成する。これに際し、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１０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１７…が径小且つ広範
囲に複数設けられることから粒径自体が比較的細
かく、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
如き内壁１０近傍で飛散された燃料F₁により火
炎核Ａが生ずることにより燃焼が開始され内壁１
０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が、燃料の蒸気
化もスムーズに行なわれるのでHC等の生成をも
抑えることができる。即ち、本発明は渦流Ｓによ
つて一部混合気化された燃料F₁により着火性を
維持して着火遅れを防止しつつ、燃料の大部分を
緩慢燃焼に供することによつてシリンダ室３内の
圧力上昇率を抑制して騒音・振動の大巾低減を図
ることと、燃料を細粒化・薄膜化することによつ
て蒸気化を促進し緩慢燃焼によつて生成され易い
HC等の削減を図ることとの調和点に立つもので
ある。

尚、第５図に二点鎖線で示すように、副噴口１
７…を夫々連結し燃焼室２の内壁１０に沿つて所
定巾を有するスリツト１９を形成し、このスリツ
ト１９により副噴口を構成しても良い。この場
合、燃料の細粒化は若干損なわれるが、カーボン
等による目詰りを防止でき、噴射ノズル１１の信
頼性を向上させることができる。

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が開成されて渦流Ｓによる混合
気化が促進された状態で燃焼が行なわれる。これ
に際しても副噴口１７…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。

また、本実施例にあつては、副噴口１７…が形
成されるノズル本体１２にガイド面１８を一体的
に形成するので、製作上はガイド面１８に沿つて
副噴口１７…を穿設でき、本案で最も精度が要求
される副噴口１７…とガイド面１８との接続部を
的確且つ滑らかに加工することができる。

尚、本案で採用される燃料噴射ノズル１１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なう所謂“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、本発明に採用
されるノズル１１の副噴口１７…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１０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。

〔変形実施例〕

第７図には上記実施例の変形例が示されてい
る。図示するように、本例にあつては、ガイド面
１８としてヒートシールド１４が採用されてい
る。即ち、ノズル本体１２の燃焼室側外壁１２ａ
を覆うべく折り返されるヒートシールド１４の折
返片部１４ａを副噴口１７…と燃焼室内壁１０に
亘る間拡張して滑らかに形成し、これをガイド面
１８と成して燃料を内壁１０へと案内するように
構成したものである。

第８図に示すものは、上記実施例においてノズ
ル本体１２と一体的に形成されるガイド面１８を
ノズル本体１２の燃焼室側外壁１２ａ全周に亘つ
て形成したものであり、加工上はガイド面１８を
副噴口１７…周辺のみに形成するよりも加工工数
が少なく有利である。しかし、主噴口６周辺が狭
溢になるためカーボン付着が懸念され上記実施例
の方が信頼性の面から良好であろう。

これら変形実施例によつても上記実施例と同様
な効果が得られることになる。

〔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。

(1) アイドリング時、低負荷時等に燃料を噴射さ
せるために設けた副噴口を渦流の下流方向の燃
焼室内壁に沿わせて臨ませ、これら副噴口から
噴射される燃料を直ちに内壁に沿つて流して液
膜を形成されるようにしたので、蒸気化・混合
気化を抑制して順次緩慢な燃焼を達成でき、騒
音・振動を大巾に低減させることができる。

(2) 副噴口を燃焼室内壁に沿つて複数且つ径小に
形成し、噴射される燃料を可及的に広範囲に細
粒化した薄膜な液膜として流すようにしたの
で、液膜自体の蒸発を促進でき、緩慢燃焼によ
つて発生するHC等を可及的に削減できる。

(3) 副噴口から噴射され内壁近傍で混合気化され
る燃料により着火に必要な混合気を得ることが
でき、着火遅れを誘発することがない。

(4) 構造が簡単で容易に採用できる。

【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図に
おける要部拡大断面図、第５図は第４図の−
線矢視図、第６図は第５図の−線矢視断面
図、第７図は変形実施例を示す側断面図、第８図
はノズル本体に一体的に設けられるガイド面の変
形例を示す側断面図である。 図中、１はシリンダヘツド、２は渦流燃焼室、
６は主噴口、１０は燃焼室内壁、１１は噴射ノズ
ル、１７は副噴口、１７ａはその噴出端、１９は
スリツト、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及び副噴
   口１７を備える燃料噴射ノズル１１を、ヒートシ
   ールド１４を介してノズル取り付け孔に取り付
   け、前記燃料噴射ノズル１１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のみを開放するように構成され、前記燃料噴
   射ノズル１１又はヒートシールド１４の、前記渦
   流燃焼室内に生起される渦流の下流側に、渦流燃
   焼室内壁面１０と滑らかに連続され、更に前記副
   噴口と接線方向に連なるようにガイド面１８を形
   成し、前記副噴口１７から噴射される燃料を、前
   記ガイド面１８及び前記渦流燃焼室内壁面１０に
   沿つて薄い液膜を形成するように流し、緩慢な燃
   焼を行わせる渦流燃焼室式デイーゼル機関におい
   て、前記副噴口１７は、前記ガイド面１８に沿つ
   て複数個並設して形成されているか、又は前記ガ
   イド面１８に沿つて並設される複数の副噴口間を
   連通することにより所定の巾を有するスリツト状
   に形成されていることを特徴とする渦流燃焼室式
   デイーゼル機関。