JPH059616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直噴式デイーゼルエンジン燃焼室に係
り、特に、低負荷から高負荷に至る広範囲にわた
つて、着火遅れなく緩慢燃焼させて青白煙、燃焼
未燃物、騒音を大巾に低下させることのできる直
噴式デイーゼルエンジン燃焼室に関する。

［従来の技術］ 一般に、直噴式デイーゼル内燃機関は、高い燃
焼効率、低い排気温度等の長所を有しているが、
その反面、爆発圧力、振動及び騒音等が高く欠点
とされていた。

このような欠点を改善すべく、ピストンの頂部
を窪ませて燃焼室を形成し、その燃焼室内にスワ
ールを生成する一方で燃焼室の内壁に燃料を噴射
衝突させてそれを蒸発させ、上記スワールに混合
させて着火性に優れた予混合気を生成し、それを
自発的に着火燃焼させるいわゆるMAN−Ｍ方式
機関が知られている。

しかしながら、上記Ｍ方式機関は、噴射される
燃料を蒸発燃焼させる方式であるため大気温が低
く、また機関の冷却水温が低い条件下で十分な壁
面蒸発能力を持ち得なかつた。その結果燃焼室内
に多くの燃焼未燃物（HC）が生じ、青白煙の発
生原因となつている。また大気、水温が常温の場
合でも、アイドリング時等の軽負荷時の場合に
は、燃料蒸発に必要な壁温に達していないために
燃焼未燃物（HC）を多大に発生させ燃焼状態を
悪化させる要因になつていた。

また、この欠点はトロイダル形燃焼室で燃料制
御噴射した稀薄状態でも発生することが確認され
ている。原因としては、着火した後、火炎伝播が
正常になし得ず吹き消えてしまうからである。

このような欠点を解消すべく特開昭49−50307
号公報（従来例）、実開昭51−33221号公報（従
来例）及び特開昭57−41417号公報（従来例）
の提案がなされており、これらについて以下に説
明する。

従来例は第５図に示す如くピストン頂部１を
深く窪ませたいわゆるMAN−Ｍ方式機関の主燃
焼室２を形成すると共に、シリンダヘツド２０内
に略球状の小さな副燃焼室３を形成し、それら燃
焼室２，３間に連通する連絡通路２１がシリンダ
ヘツド２０内に形成されている。一方、第６図に
示す如く従来例も従来例と同様にピストン６
内及びシリンダヘツド２０内にそれぞれ主燃焼室
２、副燃焼室３が形成され、ピストン６が上死点
位置でそれらを連絡する連絡通路２１が互いに接
線方向に形成されると共に、それ等にスワールチ
ヤンバ２２が形成されている。

これら従来例及び従来例の副燃焼室３に
は、それぞれ副燃焼室３内及び主燃焼室２内に臨
んで燃料噴射ノズル４が設けられ、機関が低負荷
運転にある時には副燃焼室３内に、高負荷運転時
には主燃焼室２内に燃料を主に噴射させる燃料噴
射を行なわせ、低負荷時に於ける空燃比（燃料／
空気）を上げて過剰燃焼させ、これによる燃焼未
燃物（HC）の生成を抑制しようとするものであ
る。

しかしながら上記従来例及び従来例に於い
ては、低負荷時に於ける燃焼未燃物（HC）の発
生を抑制すると共に、高負荷時においては上記連
絡通路２１より主燃焼室２内に噴射される燃料噴
霧が副燃焼室３内で着火燃焼する燃焼ガスによつ
て着火されるために、貫徹力を失い、その結果主
燃焼室２内が不完全燃焼に陥つてスモーク発生に
至り燃焼効率を低減させていた。

さらに、この欠点を解消すべく第７図に示す従
来例の提案がなされており、この提案は、ピス
トン６及びシリンダヘツド２０の少なくとも一方
に形成され吸気スワールＳが導入されるキヤビテ
イ２４と、渦流生成用絞り孔２５を介して前記キ
ヤビテイ２４に連通した渦流副室２６と噴射燃料
の一部を前記キヤビテイ２４の内壁２４ａに、残
部を前記絞り孔２５を介して渦流副室２６に噴射
供給する燃料噴射ノズル４を備え、渦流副室２６
における急速燃焼とキヤビテイ２４に於ける燃料
蒸発を利用した緩速燃焼とを併用し、前記絞り孔
２５は前記キヤビテイ２４に対してスワールＳ方
向に開口させ、燃焼噴射方向に向く副絞り孔と、
キヤビテイ２４に対しスワール方向を向く主絞り
孔とを有する内燃機関の燃焼室を構成するもので
燃焼室の一部をピストン圧縮工程によつて押し込
み渦流が形成される渦流形式の前記渦室とし、噴
射燃料の一部をその副室２６内で急速燃焼させる
と共に残りの噴射燃料をキヤビテイ２４の内壁２
４ａに噴射し、そのキヤビテイ２４内に前記副室
２６内で急速燃焼した燃焼ガスを噴出させて大き
な空気流動を発生させ、もつてキヤビテイ２４の
内壁２４ａに付着した燃料をフイルム状に引き延
し、及びその結果生じる燃料蒸発促進を行なつて
緩速燃焼させようとしたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の如く構成された従来例
は前記キヤビテイ２４下に形成された前記副室２
６内の急速燃焼ガス流と、これによる発生熱によ
つてキヤビテイ２４の内壁２４ａに噴射される燃
料の蒸発が過剰に成し得る可能性を有して居り、
これが高負荷時に於てはさらに顕著に現われると
考えられる。即ちキヤビテイ２４内の燃料蒸発が
促進される事は着火性に優れた予混合気を多大に
生成することであり、これが上記副室２６よりの
燃焼ガスによつて着火されると急激な燃焼がキヤ
ビテイ２４内でも起ることになり燃焼室圧力が増
大しそれによつて騒音が異常に高くなる欠点を有
していた。

［発明の目的］ 本発明は上記問題点を解消すべく創案されたも
ので、本発明の目的は、低負荷から高負荷運転に
至る広範囲にわたつて着火遅れなく緩慢燃焼を達
成し、青白煙、燃焼未燃物（HC）及び騒音を低
減できる静粛なる直噴式デイーゼルエンジン燃焼
室を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成すべく、ピストン頂部
に深く窪ませられて設けられた主燃焼室と、該主
燃焼室に隣接させてピストン頂部に浅く窪ませら
れて設けられその容積が上記主燃焼室に対して小
さく形成された副燃焼室と、副燃焼室と主燃焼室
とを互いに連通すべく副燃焼室と主燃焼室との間
の互いの側壁上部をその上方から窪ませて設けら
れたバンクと、機関のあらゆる使用負荷時に副燃
焼室内にそのスワールの順方向にかつその副燃焼
室の中心より外側の内壁へ向けて微粒子化燃料を
噴出する噴射ノズルであつて、その噴出方向が副
燃焼室の内壁に微粒子化燃料を衝突させてその副
燃焼室の内壁に燃料膜を形成し得るように定めら
れた副噴射ノズルと、中負荷以上で主燃焼室内に
そのスワールの順方向にかつ主燃焼室の中心より
外側の内壁へ向けて上記粒子化燃料より燃料の粒
子径が大きい霧化燃料を噴出する噴射ノズルであ
つて、その噴出方向が主燃焼室の内壁にその燃料
噴霧を衝突させてその主燃焼室の内壁に燃料膜を
形成し得るように定められた主噴射ノズルとを備
え、低負荷時には、一方の燃料噴射ノズルから副
燃焼室内に噴射される微粒化された燃料噴霧の一
部を、その副燃料室内に生成されてこれに閉じこ
められたスワールによつて瞬時に蒸発させて、着
火遅れなく急激燃焼させると共に、その燃料噴霧
の残部を副燃焼室の内壁に衝突させて、副燃焼室
の内壁に沿つて流れる燃料フイルムを形成し、こ
れが徐々に緩慢燃焼されることにより青白煙、燃
焼未燃物（HC）及び騒音を低減し、さらに中・
高負荷時には主燃焼室内にも他方の燃料噴射ノズ
ルから上記燃料噴霧より粒径の大きな燃料噴霧が
噴射され、この一部が主燃焼室内に生成されたス
ワールにより蒸発されると共に上記副燃焼室内の
燃焼ガスによつてバンク部を介して着火され上記
燃焼噴霧の残部が主燃焼室の内壁に沿つて流れる
燃料フイルムがその火炎を徐々に伝播されて緩慢
燃焼されるもので、これにより青白煙、燃焼未燃
物（HC）及び騒音を大巾に低減しようとするも
のである。

［実施例］ 以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基づ
いて具体的に説明する。

第１図乃至第３図に示される如くピストン頂部
１には、これにより窪まされて主燃焼室２と副燃
焼室３とが、それぞれ上部を開放された例えば円
形断面形状をなすように形成されている。また、
主燃焼室２と副燃焼室３とは、互いの周側壁２
ａ，３ａの一部を開放して上方より窪ませたバン
ク１６が形成されている。副燃焼室３と主燃焼室
２と容積比は、副燃焼室３より主燃焼室２が大容
積に形成され、具体的には上記主燃焼室２の円形
断面が副燃焼室３の円形断面より大径に形成され
ると共に、主燃焼室２より副燃焼室３が浅く窪ま
されている。

このように形成された上記主燃焼室２と、副燃
焼室３とのバンク１６の近傍には、夫々に第１
図、第２図に示す如く、それに臨むように図示し
ない燃料噴射ポンプに接続された夫々の燃料噴射
ノズル４ａ，４ｂが設けられる。

具体的に副燃焼室３には、その副燃焼室３内に
生成されて、これに閉じ込められたスワールＳの
下流側に臨んで且つ副燃焼室３の内壁３ａに臨む
一方の副ノズルである燃料噴射ノズル４ａが設け
られる。この一方の燃料噴射ノズル４ａの噴口１
７は、その噴口径を、副燃焼室３内に生成され
て、これに閉じこめられるスワールＳにより、瞬
時に蒸発燃焼される即ち着火性の良い予混気Ｆを
形成しやすい粒径の微粒化燃料を副燃焼室３内に
噴出する噴口径d₁に設定される。

他方、主燃焼室２には、その主燃焼室２内に生
成されて、これに閉じ込められたスワールＳの下
流側に、且つ主燃焼室２の内壁２ａに臨む他方の
主ノズルである燃料噴射ノズル４ｂが設けられ
る。この他方の燃料噴射ノズル４ｂの噴口１８
は、その噴口径を、主燃焼室２内のスワールＳに
対して比較的貫徹力を大きく設定し、また、噴射
される燃料の一部がスワールＳによつて蒸発さ
れ、残部が主燃焼室２の内壁２ａに衝突し、その
内壁２ａに沿つて流れる燃料フイルムＨを形成す
るように、即ち上記一方の燃料噴射ノズル４ａの
噴口径d₁に対して大きな噴口径d₂に形成される。

また、上記夫々の燃料噴射ノズル４ａ，４ｂ
は、例えば夫々ニードル弁等のリフト量により、
その噴射量が調整され、夫々が機関状態（機関負
荷、機関回転数）に応じて制御されるように構成
される。

具体的には、夫々の燃料噴射ノズル４ａ，４ｂ
の噴射量は第４図に示すように制御されるもので
ある。

図示されるように、曲線ａは、一方の燃料噴射
ノズル４ａから噴射される燃料のノズル開閉時間
（sec）とそのニードル弁等のリフト量との関係を
示し、t₀で開弁し、負荷に応じてt₁、t₂、t₃で閉
弁する。曲線ｂは、他方の噴射ノズル４ｂから噴
出される燃料の噴射ノズル４ａの開閉時間（sec）
とそのニードル弁のリフト量との関係を示し、時
間t₂で開弁し、t₄、t₅、t₆で閉弁することを示す。

一方の噴射ノズル４ａの噴口１７は、その噴口
径d₁が小さく設定されているので、噴射の期間は
長くなり負荷を増すにつれてその噴射量が増大す
るようにされる。すなわち、アイドリング時には
t₀からt₁に至る時間の噴射量a₁（mm³）に設定される
が、負荷を増すにつれてt₀〜t₂の噴射量a₂（軽負
荷）にされ、中負荷時にはt₀〜t₃の噴射量a₃の他
に他方の噴射ノズル４ｂからもb₁，b₂の噴射量で
噴射され、さらに高負荷になるにつれてb₂の噴射
量となり最大負荷でb₃の最大噴射量に設定され
る。

尚、第４図に示す噴射量制御を機関状態を検
知、判断するCPU等によつて電気的に制御する
ことは当然可能である。

以下、本発明の作用について添付図面に基づい
て説明する。

第１図乃至第３図に示される如く、図示しない
スワールポートから供給されるスワールＳは、圧
縮されながらも、夫々主・副燃焼室２，３内に生
成され閉じ込められる。

ゆえに、機関が始動時（アイドリング時）また
は低負荷時には、一方の燃料噴射ノズル４ａの噴
口１７から第４図にa₁，a₂で示した如く機関状態
に応じて副燃焼室３内に微粒化燃料噴霧が噴出さ
れる。その燃料噴霧は、副燃焼室３の内壁３ａに
衝突されて、さらに微粒化して、その内壁３ａに
沿つて流れる燃料フイルムＨを形成することにな
る。

ここで、噴出された燃料噴霧の一部は、粒径が
小さいため上記スワールＳによつて瞬時に蒸発さ
れて着火燃焼しやすい予混合気Ｆを生成し、残部
は上記副燃焼室３の内壁３ａに沿つて分布する燃
料フイルムＨに生成された後、壁面蒸発する。

従つて、予混合気Ｆが自発着火されて急激燃焼
されることにより、その火炎が副燃焼室３内の着
火位置より、副燃焼室３の内壁３ａに向つて伝播
され、その内壁３ａに沿つて流れる燃料フイルム
Ｆを、徐々に且つ速やかに燃焼することになる。

このように、一方の燃料噴射ノズル４ａの噴口
１７からの噴霧は副燃焼室３の内壁３ａに向けら
れているので、多くの燃料は内壁３ａに沿つて分
布される。さらに着火した熱エネルギで壁面に分
布された燃料は徐々に蒸発燃焼する。副燃焼室３
は主燃焼室２とバンク１６を介して隔てられてお
り、また副燃焼室３内のスワールＳによつて副燃
焼室３内に燃焼ガスの大半が閉じ込められ副燃焼
室３内の燃焼は急激に達成され、それによつて燃
焼温度が上昇し、青白煙の発生及び燃焼未燃物
（HC）の生成を抑制できることになる。このた
めに低負荷時には、副燃焼室３内の燃焼平均温度
が上昇し、その結果、青白煙の発生及び燃焼未燃
物（HC）の生成を抑制できる。

さらに、中・高負荷時に於いては、第４図で説
明したように上記他方の燃料噴射ノズル４ｂの噴
口１８よりも燃料噴霧が主燃焼室２の内壁２ａに
向けて、且つスワールＳの下流方向に向けて第１
図、第２図に示す如く燃料が噴射され、上記副燃
焼室３と同様に燃料フイルムＨと予混合気Ｆを生
成する。この時、副燃焼室３内の燃焼ガスの一部
がバンク１６を介して主燃焼室２内の予混合気Ｆ
に火炎伝播し、さらに燃料フイルムＨが着火され
て燃焼されることになる。しかしながら、他方の
燃料噴射ノズル４ｂの噴口１８より噴射される燃
料は一方の燃料噴射ノズル４ａの噴口１７より噴
射される燃料噴霧よりは大径であり、貫徹力が大
きいため、蒸発燃料とスワールＳとが混合して生
成される予混合気Ｆを過剰に生成しない。このた
め、これが着火しても主燃焼室２内は急激燃焼と
は成り得ない。従つて、予混合気Ｆが着火するこ
とによつて発生された熱により残りの燃料フイル
ムＨを速やかに蒸発せしめこの蒸気が燃焼してい
き、緩慢に燃焼されることになり、これによつて
急激な主燃焼室２内の圧力上昇は抑制され、さら
に騒音を低減できる。また第４図に示す如く高負
荷になる程他方の燃料噴射ノズル４ｂの噴口１８
より噴射される燃料は増加し、最大では90％以上
噴射されることになるので上記作用は確実に達成
され、副燃焼室３より流入する火炎によつて確実
に着火されることになる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば次のごと
き優れた効果を発揮する。

(1) 副燃焼室で比較的急速燃焼を行わせ主燃焼室
で緩慢蒸発燃焼を行わせることができるように
したので、あらゆる使用負荷において、良好な
燃焼が可能となり、青白煙、燃焼未燃物
（HC）、燃焼騒音を大巾に低下させることがで
きる。

(2) 低セタン価またはアルコールが混合された低
質燃料を使用できる。

【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図、第２
図は本発明の主燃焼室と副燃焼室に燃料を噴射す
る燃料噴射ノズルの噴射方向を示す概略断面図、
第３図はピストン頂部に形成された本発明の実施
例の主燃焼室と副燃焼室とを示す概略斜視図、第
４図は第１図、第２図に示された燃料噴射ノズル
の噴射量制御図、第５図、第６図及び第７図は従
来例を示す図である。 図中、１はピストン頂部、２は主燃焼室、３は
副燃焼室、４ａ，４ｂは燃料噴射ノズル、１６は
バンク、１７，１８は噴口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストン頂部に深く窪ませられて設けられた
   主燃焼室と、該主燃焼室に隣接させてピストン頂
   部に浅く窪ませられて設けられその容積が上記主
   燃焼室に対して小さく形成された副燃焼室と、副
   燃焼室と主燃焼室とを互いに連通すべく副燃焼室
   と主燃焼室との間の互いの側壁上部をその上方か
   ら窪ませて設けられたバンクと、機関のあらゆる
   使用負荷時に副燃焼室内にそのスワールの順方向
   にかつその副燃焼室の中心より外側の内壁へ向け
   て微粒子化燃料を噴出する噴射ノズルであつて、
   その噴出方向が副燃焼室の内壁に微粒子化燃料を
   衝突させてその副燃焼室の内壁に燃料膜を形成し
   得るように定められた副噴射ノズルと、中負荷以
   上で主燃焼室内にそのスワールの順方向にかつ主
   燃焼室の中心より外側の内壁へ向けて上記微粒子
   化燃料より燃料の粒子径が大きい霧化燃料を噴出
   する噴射ノズルであつて、その噴出方向が主燃焼
   室の内壁にその燃料噴霧を衝突させてその主燃焼
   室の内壁に燃料膜を形成し得るように定められた
   主噴射ノズルとを備えたことを特徴とする直噴式
   デイーゼルエンジン燃焼室。