JPH0724584Y2 - 渦流室付ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、渦流室内に整流棒を配置した渦流室付ディー
ゼルエンジンの燃料噴射装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に渦流室付ディーゼルエンジンにおいては、圧縮行
程中に渦流室内に流入する吸入空気によって該渦流室の
内壁面にそって流れるスワールを発生させ、このスワー
ルによって吸入空気と燃料とのミキシングを促進し燃料
性の改善を図るようにしているが、このスワールはほぼ
球状の渦流室内壁面に沿って流れるところからその流れ
に乱れを生じ易く、結果的にスワールによる吸入空気と
燃料とのミキシング促進作用を十分に利用できないとい
う問題があった。

このような不具合を改善する意味で、渦流室内にそのほ
ぼ中心付近を貫通させた状態で整流棒を取付け、該整流
棒の周面によってスワールを整流することにより吸入空
気と燃料とのミキシングを促進しもって燃焼性の改善を
図るようにしたいわゆる整流棒付渦流室が提案されてい
る（例えば、実公昭15-15857号公報参照）。

ところで、渦流室内における混合気の燃焼状態と渦流室
に対する燃料の噴射位置との間には次のような相関関係
がある。

先ず着火性であるが、着火性は一旦着火した火種が消え
ずに保持されることが必要であり、このことから比較的
スワールの流速の小さい領域、即ち、渦流室の中心に近
い部分ほど良好となる。

これに対して、出力性能は燃焼速度が高いほど良好とな
るものであり、また高出力が要求される場合はすでに渦
流室温度は十分に高められており着火性はほとんど考慮
しなくて良い状態である。従って、出力性能を重視した
場合には、燃料を高スワール流速域、即ち、比較的渦流
室の内周壁に近い部位に噴射し、燃料を高速のスワール
に乗せて吸入空気とミキシングさせて燃焼速度の向上を
図ることが有効である。

尚、一般には、渦流室に対する燃料の噴射位置を（r/
R）で表す。即ち、渦流室の中心からその内周壁までの
距離をＲとし、該中心から燃料噴射方向線までの垂直距
離をｒとするものであり（第１図参照）、（r/R）が大
きいほど中心から離れた位置に燃料を噴射することを意
味する。従って、上述の着火性と出力性能でいうと、着
火性を重視する場合には（r/R）を小さくし、出力性能
を重視する場合には（r/R）を大きくすればよいことに
なる。

ところが、従来の整流棒付渦流室を備えたディーゼルエ
ンジンにおいては、一般に燃料噴射ノズルとして噴射孔
を一つしか持たないスロットルノズルを用いている関係
上、（r/R）を、良好な着火性が得られる値（r/R＝0.4
〜0.5）と、出力の出易い値（r/R＝0.5〜0.6）との中間
をとって（r/R＝0.5）付近に設定し、着火性と出力性能
の両立を図っていたが、着火性及び出力性能ともに不満
の残るものであった。

このような背景から、実開昭58-82432号公報に示される
如く、渦流室内に突出配置されるグロープラグに整流棒
としての機能を持たせるとともに、相互に噴射角の異な
る主噴射孔と副噴射孔とを備えた燃料噴射ノズルを用
い、主噴射燃料を渦流室の外周寄り位置（高r/R値の位
置）に、また副噴射燃料を渦流室の中心寄り位置（低r/
R値の位置）にそれぞれ噴射させるようにしたものが提
案されている。

（考案が解決しようとする課題） ところが、この公知例のものにおいては、グロープラグ
を渦流室に対してその側部から略水平にしかもエンジン
の側方から取り付けられる燃料噴射ノズルに対して直交
方向に（即ち、エンジンの気筒配列方向から）取り付け
るようにしているものであるところからそのレイアウト
上、実現困難なものであるとともに、副噴射燃料をグロ
ープラグに対して直接当てるようにしているため、該副
噴射燃料は該グロープラグに当たって左右に分流され、
スワール上流側に吹かれるものは該スワールに逆行し該
スワールによってかき混ぜられることからその着火性が
損なわれ、結果的にスモーク、白煙の発生原因となる等
の問題があった。

そこで本考案は、整流棒付渦流室を備えたディーゼルエ
ンジンにおいて、主噴射孔と副噴射孔とを有する燃料噴
射ノズルからの主噴射燃料と副噴射燃料の噴射位置を適
正に設定するこによって、着火性と出力性能の両立を確
実に実現し得るようにした渦流室付ディーゼルエンジン
の燃料噴射装置を提供せんとするものである。

（考案の技術的背景） 本願考案者らは、渦流室のほぼ中心付近に配置した整流
棒の周囲におけるスワールの状態及びこれと着火性との
関係を写真撮影等により観察した。その結果、整流棒を
設けたことにより該整流棒と渦流室の内周壁との間を流
れるスワールは十分に整流され整然と流れる一方、該整
流棒の近傍で且つ燃料噴射ノズルから見てスワール下流
側に位置する部位には、空気流と整流棒外周面との間の
摩擦作用によって極めて低速の停滞流が発生しているこ
とが判明した。

このことから本願考案者らは、始動時、アイドル時等の
渦流室温度が低く燃焼安定性の悪い低負圧運転時にはこ
の低滞流部分に燃料を噴射することによって燃料の着火
性を確実に高めて燃焼安定性を確保する一方、着火性よ
りも出力が要求される高負荷運転時にはスワール流速の
高い渦流室の内周壁近傍に燃料を噴射して燃料と吸入空
気とのミキシングを促進しもって燃焼速度を高めて高出
力を得ることに想到したものである。

（課題を解決するための手段） 本考案では、このような技術的背景に基づき、上記課題
を解決するための具体的手段として、燃焼噴射ノズルが
臨む渦流室内に略円筒状外周面を有する整流棒を、上記
渦流室を上記燃料噴射ノズルからの燃料噴射方向に略直
交する方向に横切るようにして配置してなる渦流室付デ
ィーゼルエンジンの燃料噴射装置において、上記燃料噴
射ノズルを、主としてエンジンの高負荷運転時に燃料噴
射を行う主噴射孔と主としてエンジンの低負荷運転時に
燃料噴射を行う副噴射孔とをその噴射方向が相互に所定
の角度を有する如く構成する一方、上記副噴射孔を上記
燃料噴射ノズルから見て上記渦流室内に形成されるスワ
ールの下流側で且つ上記整流棒の近傍位置に、また上記
主噴射孔をスワール下流側で且つ上記副噴射燃料よりも
上記整流棒から離れた位置にそれぞれ指向せしめられた
ことを特徴としている。

（作用） 本考案では、燃焼安定性という面から特に着火性が要求
される低負荷運転時には主として整流棒近傍の停滞流域
に向けて燃料噴射ノズルの副噴射孔から副噴射燃料が噴
射されるところからスワールによる火種の吹き消しが可
及的に防止され、また着火性よりも出力が要求される高
負荷運転時には主として主噴射孔から渦流室の内周壁近
傍のスワール高速域に向けて主噴射燃料が噴射されミキ
シング促進により燃料速度が高められる等の作用が得ら
れる。

（考案の効果） 従って、本考案の渦流室付ディーゼルエンジンの燃料噴
射装置によれば、低負荷運転時には着火性が向上し高水
準の燃焼安定性が確保され、また高負荷運転時には燃焼
速度の向上により高出力が得られる等、低負荷運転時に
おける着火性と高負荷運転時における出力性能とを確実
に両立させることができるという実用的効果が得られる
ものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本考案の好適な実施例を説明
する。

第１図には、本考案の実施例にかかる燃料噴射装置を備
えた渦流室付ディーゼルエンジンＺの要部が示されてお
り、同図において符号１はシリンダブロック、２はシリ
ンダヘッド、３はピストンであり、該ピストン３の頂面
3aとシリンダヘッド２の下面2aとの間には主燃焼室４が
形成されている。

また、アルミ合金鋳物で構成される上記シリンダヘッド
２の下面2aには、円筒状の凹陥部11が形成され、さらに
この凹陥部11内には後述するインサート部材９が嵌挿固
定されている。

インサート部材９は、鋳鋼により一体形成されるもので
あって、その上面9a側にはその底面12aを斜めに傾斜す
る平面とした略半球状の凹穴12が形成されている。そし
て、この凹穴12は、上記シリンダヘッド２の上記凹陥部
11の底部に形成した球面状の凹穴13と重合合体すること
によって、該凹穴13とともに略球状の渦流室５を構成し
ている。

そして、この渦流室５の下面、即ち、上記凹穴12の底面
12aには、上記主燃焼室４から該渦流室５の一側部5b側
に指向する傾斜穴状の噴口６が形成されている。

一方、この渦流室５の上面、即ち、上記凹穴13の底部近
傍には、上記渦流室５の他方の側部5cに臨み且つ該渦流
室５の内周壁5aに対してほぼ接線方向傾斜する燃料噴射
穴14が形成されており、さらにこの燃料噴射穴14には上
記シリンダヘッド２側に取り付けられた後述の燃料噴射
ノズル８が臨んでいる。

また、上記渦流室５の中心部分には、セラミック製の丸
棒体で構成された整流棒７が上記噴口６及び燃料噴射穴
14の軸方向に直交する方向に向けて取り付けられてい
る。尚、この整流棒７は、従来はシリンダヘッド２とイ
ンサート部材９とで挟持するようにしていたが、このよ
うにした場合には両者の熱膨張差によって該両者間に隙
間が生じエンジンの運転中に該整流棒７がガタついて破
損するおそれがあるため、この実施例においては第２図
及び第３図に示すように、インサート部材９を渦流室５
の中心位置よりも上方まで延ばし、該インサート部材９
側のみで整流棒７を嵌挿支持しシリンダヘッド２とイン
サート部材９との熱膨張差の影響が該整流棒７の支持機
構に及ぶのを可及的に防止するようにしている。また、
この場合、この実施例においては、整流棒７のガタ付き
による衝撃が直接該整流棒７に伝達されるのを防止する
という観点から、該整流棒７の両端の支持部にそれぞれ
金属製のリング部材10,10を圧入している。

上記燃料噴射ノズル８は、ニードル弁8cの弁座8d上にそ
の上流端が開口する副噴射孔8bと該弁座8dの中心部に開
口する主噴射孔8aとを有する所謂ピントークスノズルで
構成されており、該主噴射孔8aと副噴射孔8bとはその噴
射方向が所定の角度αをもつようにその相対位置が設定
されている。具体的には、第１図に示すように、副噴射
孔8bが上記整流棒７のスワール下流側の周面にほぼ接す
る位置（渦流室５の中心Ｏから寸法r₁だけ離れた位置）
に、また主噴射孔8aがスワール下流側で且つ該整流棒７
よりも渦流室５の内周壁5a側に近い位置（渦流室５の中
心Ｏから寸法r₂だけ離れた位置。r₁＜r₂）に、それぞれ
指向するように適宜に設定される。尚、この実施例にお
いては、副噴射の噴射位置を（r₁/R）＝0.4の位置と
し、主噴射の噴射位置を（r₂/R）＝0.6〜0.8の位置とし
ている。

また、この主噴射孔8aと副噴射孔8bはエンジン負荷に応
じてそのリフト量が制御されるニードル弁によって開閉
されそれぞれ燃料噴射（主噴射及び副噴射）を行うもの
であり、該ニードル弁8cのリフト量に対応して変化する
開口エリアの差によって、エンジンの低負荷時には主と
して副噴射孔8bから燃料噴射（副噴射）が行なわれ、高
負荷時には主として主噴射孔8aから燃料噴射（主噴射）
が行なわれるようになっている。

このように構成された燃料噴射装置によれば、つぎのよ
うな作用・効果が得られる。即ち、エンジンの圧縮行程
時にピストン３の上動に伴って主燃料室４から噴口６を
通って渦流室５側に導入される吸入空気は、該渦流室５
内において矢印Ａで示す方向に周回するスワールを形成
する。そして、このスワールは整流棒７により整流され
て該整流棒７の回りを整然と周回し、その流速は渦流室
５の中心Ｏから遠い位置ほど大きくなるが、その場合、
該整流棒７のスワール下流側の周面近傍には該整流棒７
との摩擦によってその流速が極めて小さい停滞流域が形
成される。

このような状況の下で、燃料噴射ノズル８から燃料が噴
射され燃焼が行なわれるが、エンジンの低負荷運転時に
は、渦流室５の温度が低いため着火性向上による燃焼安
定性が要求される。この場合、この実施例においては、
エンジンの低負荷運動時には、噴射燃料量の大半を占め
る副噴射燃料が副噴射孔8bから整流棒７の近傍の停滞流
域に噴射されるため、スワールによる火種の吹き消し作
用がほとんどなく、良好な着火性が確保されるものであ
る。

一方、エンジンの高負荷運転時であるが、この運転領域
は渦流室５内の温度が高くなっているため着火性は良好
であり、主として高出力が要求される。この場合、この
実施例においては、噴射燃料量の大半を占める主噴射燃
料がスワール流速の高い渦流室内壁面5aの近傍位置に集
中的に噴射されるため、燃料と吸入空気とのミキシング
及び火災伝播が促進され燃焼速度が向上し、高出力を得
ることができる。

このように、この実施例の燃料噴射装置によれば、整流
棒７によるスワール整流作用と、主噴射孔8aと副噴射孔
8bとを有する燃料噴射ノズル８の採用及び主噴射燃料と
副噴射燃料の噴射位置の設定との組み合わせによって、
エンジンの低負荷運転時における着火性と高負荷運転時
における高出力化とを同時に実現できるものである。

尚、本考案は、上述のように整流棒７のスワール下流側
の外周面近傍に形成される停滞流域に副噴射燃料を噴射
することを主たる内容とするものであり、本考案の作用
・効果をより一層顕著ならしめるためには該停滞流をよ
り積極的に形成することが有効である。このような観点
から、整流棒７を平滑な外周面を有する丸棒体で構成し
た上記実施例の他に、例えば、第４図に示すように整流
棒７の外周面にローレット加工により網目を形成した
り、第５図及び第６図に示すように整流棒７の外周面に
該整流棒７の軸方向に延びる凸条22を形成することによ
って該外周面の摩擦抵抗を高めてその近傍にスワール停
滞流をより積極的に形成させることも考えられる。ま
た、整流棒７の外周面に凸条22を形成する際の加工工数
を低減するという意味から、例えば、第７図及び第８図
に示すように、該凸条22を整流棒７の外周面の全周に形
成するのではなく、副噴射燃料に対応する側にのみ形成
することも可能である。

また、上記実施例においては、インサート部材９を鋳鋼
製としているが、本考案の他の実施例においてはこれを
例えば、セラミック製とすることもできることは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の燃料噴射装置を備えた渦流室付ディー
ゼルエンジンの要部縦断面図、第２図は第１図のII-II
縦断面図、第３図は第２図のIII-III要部縦断面図、第
４図はローレット加工を施した整流棒の側面図、第５図
は外周面の全周に凸条を形成した整流棒の側面図、第６
図は第５図のVI-VI矢視図、第７図は外周面の半周に凸
条を形成した整流棒の側面図、第８図は第７図のVIII-V
III矢視図である。 １……シリンダブロック ２……シリンダヘッド ３……ピストン ４……主燃料室 ５……渦流室 ６……噴口 ７……整流棒 ８……燃料噴射ノズル ９……インサート部材 10……リング部材 14……燃料噴射穴

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭58−132130（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−82432（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−37101（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−129523（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭39−4501（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射ノズルが臨む渦流室内に略円筒状
   外周面を有する整流棒を、上記渦流室を上記燃料噴射ノ
   ズルからの燃料噴射方向に略直交する方向に横切るよう
   にして配置してなる渦流室付ディーゼルエンジンの燃料
   噴射装置であって、上記燃料噴射ノズルが、主としてエ
   ンジンの高負荷運転時に燃料噴射を行う主噴射孔と主と
   してエンジンの低負荷運転時に燃料噴射を行う副噴射孔
   とをその噴射方向が相互に所定の角度を有する如く構成
   される一方、上記副噴射孔は上記燃料噴射ノズルから見
   て上記渦流室内に形成されるスワールの下流側で且つ上
   記整流棒の近傍位置に、また上記主噴射孔はスワール下
   流側で且つ上記副噴射燃料よりも上記整流棒から離れた
   位置にそれぞれ指向せしめられたことを特徴とする渦流
   室付ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。