JPS58501332A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は内燃機関、%に圧縮点火機関に関するものである。
ピストンのヘッド中の凹入燃垢ボウルおよびボウルの床の局部的隆起突起または
ピップを有するピストンを備えた直接噴射ディーゼル機関は知られている。この
ビッグにボウルの中央に配置されかつボウルに入る燃料−空気チャージに集中作
用を待つものとみなきれている。燃料は円錐形スプレィパターンを有する多数の
ジェットとしてボウル中へ噴射される。
ピップがボウルの中心からオフセットされ、これにより燃焼呈内でうずを巻ぎな
がら環状ボウルの狭い部分を通る空気の流れをスピードアップする環状ベンチュ
リを与えるように、ピップを凹入燃焼ボウルの床に配置することもまたドイツ国
特許第1022415号で提案された。燃料噴射器はボウルのこの狭い部分中ヘ
ビツブの壁の実質的に接線方間に燃料を噴射してこれらの壁をぬらすように設け
られる。空気の腑速流は壁からの燃料の蒸発を増進し、その燃料はついてパボウ
ルの広い方の部分に流入する空気とさらに混合する。
ボウル内の燃料/空気混合物の流れに乱流を誘導するようにジェットラント(r
e−entrant)形態のものである凹入燃焼ボウルを有するピストンを備え
た直接噴射ディーゼル機関もまた知られている。この乱流は燃料/空気混合の速
度、したがって熱放出の速度を増大し、これにより機関はより遅らせられた燃料
噴射時期で作動することができ、燃料経済の損失かな(、燃料計容度が改良され
、NOx放出物が低下しかつ煙放出物か制御される。
しかしながら、リエントラント形ボウルの口部のまわりの張出しリップは強化さ
れる必要がある。
発明の開示
本発明はりエンドラント形ボウルに類似した性能特性を持つのに適応しているが
、その設計において固有的により強いところの四入燃焼呈を備えたピストンを有
する直接噴射ディーゼル機関を提供することを目的としている。
この目8′シは、本発明に従って、ボウルの側面と共に環状部な画定するよ51
Cボウルの床に隆起突起を備えた凹入燃焼ボウルを有するピストンと、吸入空気
を前記隆起突起のまわりで回転させるうす巻き手段と、突起のまわりの離間した
点くおいて環状部中へ複数のジェットをスプレィするオリフィスを有する燃料噴
射器とを設け、環状部の横断面積が突起のまわりで変化しかつ突起の軸線を通る
中央平面内に最小値を有するようにし、かつ噴射器ノズルがボウルの中央領域に
配置されかつ前記中央平面の両側に燃料のジェットを指向させるように配回され
たオリアイスを有するようにすることKよって、達成される。
好適^には、環状部の横断面積は環状部の半径方向幅を変えるこ・とによって変
えられ、これは円形ボウルにおいて突起の軸嶽をボウルの軸線から半径方間にオ
フセットすることによって便利に達成される。両軸線はこのとぎ環状部の最も狭
い部分を通る中央平面上にある。好適には、噴射器ノズルもまた中央平面に旧っ
て配置されかつ中央平面とボウルの@巌を通る垂直平面とによって画定された環
状部の4つの四分円中へ燃料ジェットを指向させる。
図面の説明
本発明は次Km付画面と関連して実施例として説明される。
第1図は本発明に係るピストンのクラウンおよび4孔燃料噴射器を貫通する軸方
向断面図である。
第2図は第1図のピストンクラウンおよび噴射器の平面図である。
第3図は既知ピストンのクラウンおよび凹入燃崗ボウルを貫通する軸方向断面図
である。
第4図は第1.2図の燃焼系と第3図のものとを比較する単シリンダ試索の燃料
消費率(s、f、c)および煙曲巌を示す。
第5図は単孔噴射器を備えた第1.2図のピストンクラウンの平面図である。
第6図は第5図の燃焼系のs、f、c、および煙曲線を示す二
第7凶は中間平面に対して40度で燃料ジェットを指向させる2孔噴射器を備え
た第1.2図のピストンクラウンの平面図である。
第8図は第7図の燃焼系のs、f、c、および煙曲巌を示す。
第9図は甲夫平面九対して(7)度で燃料ジェットを指向させる、2孔噴射器f
t備えた第1.2凶のピストンクラウンの平面図である。
第10図は第9図の燃焼Ps、 f 、 c、および煙曲線を示す。
第11図はピストンがその縦ms’v中心として180度回転させられた第9図
の燃焼系の平面図である。
第12図は第111iの燃焼系のs 、 f 、 c、および煙曲線を示す。
第13図はピストンがその縦軸線を中心として180度回転させられた第7図の
燃焼系のs、f、c。
および煙曲線を示す。
第14図は130度の夾角で燃料ジェットを指向させる別の2孔償射器を備えた
第1.2図のピストンクラウンの平面図である。
第15図は第74図の燃焼系のs、f、c、および煙曲巌を示す。
第16図は既知のトロイダル形ボウルを組込んだピストンのクラウンを貝遡する
軸方向断面図である。
第17図は既知のスクイシュリップ形ボウルを組込んだピストンのクラウンを貞
列する軸方向断面図である。
第四図は第1.2図、第16図および第17図の燃焼システムの比救可変速度、
s 、 f +c、・および煙曲譲を示す。
第19図は第1,2図の燃料系と第17図のものに用似するか、ボウル壁がボウ
ル細極に対して40度で傾厨さゼられているスクイシュリップ形燃焼系との比較
可変噴射時期s、f、c、および煙曲巌を示す。
第四図は第1.2図の燃焼系およびビッグの中心がボウル軸森上VC[かれた同
系のs、f、cおよび煙試験結果を示す。
第21図は本発明の別の実施態扮によるピストンのクラウンおよび噴射器を貫通
ずる軸方向断面図である。
第な、図は第1.2凶および第21凶の燃焼系のS。
f、c、および煙試験結果を示す。
第6図は本発明のさらに別の実施態様によるピストンのクラウンおよび噴射器を
貫通ずる軸方向断面図である。
第刺図は本発明のさらに別の実施態様によるピストンのクラウンおよび噴射器の
平面図である。
第5図は第21、別図の燃焼系のs、f、c、および煙試験結果を示す。
第あ図は本発明の別の実施態様によるピストンのクラウンおよび噴射器を貫通ず
る軸方向断面図である。
第ご図は4孔噴射器が5孔噴射器で置換された、第24図の燃焼系の土面図であ
る。
第あ図は第24.6図の燃焼系のs、f、c、童*奈および煙区験帖果を示す。
発明な東IMする最良賭様
第1.Aは本発明に糸るディーゼル愼関で使用するためのピストンlのクラウン
および燃料噴射器2をボす。シリンダブロックおよびシリンダヘッドのような機
関の@鋤。。はボされていない。七〇坤由(工、これらはピストンおよび・員射
器か本孜術分J″rの行別の知慮を有する者によって各局に歌人されうる保革都
市でありうるからである。本発明1エボウルおよび燃料噴射パターンからなる燃
焼系の形(hQ Kありかつこれらの部品のみに関連して完全に説明さn5るこ
とか4赦されるであろう。
LJ部開放形燃莞ボウル3はピストンのクラウン中;(:β「域さtシ、ボウル
の晰艇Aがピストンの軸鰍Bからオフセットされている。円錐形状の峰起突るよ
うにして・!電源nている。ピップ4の測面は@掴Cに司してα度の角度でIq
l糾させられている。
燃料噴射器2は4孔噴射器であり、ピップ4上方の円距坏上K1ff置する4つ
のジェットのスプレィパターンを生成する。円錐夾角は150度でありかつジェ
ットは互いに等角間隔をなして配置されている。第1図は噴射器2に対して上死
点位置にあるピストンを示している。
機関は流入空気中にうすを生成するために既知手段を組込み、これは第2図にう
すの方向を示す矢印Sで指示されている。
この燃焼系の性能は、236立方インチ谷藏および圧節比16:1の自然吸気形
4シリンダディーゼル蝋関の庫シリンダで実行された、標準試験を使用して検討
された。機関は鍋度のうすな生成するらせん形吸気口を備えたシリンダヘッドを
組込んでいる。
燃料(目費率(s、f、c、)および煙放出物が、4つの角する全負荷噴射時期
16.13.10,7iB、T。
D、C,に対し、200Or、p、m (7’)定速度で広負荷範囲シCわたっ
て測定された。取らnた測定値は第4凶に4つの下部曲線によって表示されてい
る。比較の目的のために、弔3図に示されている、この4シリンダ、236立方
インチ容量役関川の標準凹入ボウルを使用して、燃料消費率および・届の同じ測
定がなされた。7iB、T、D、c、の全負荷噴射時期に対する測定1直は第4
図に上部的1MKよって示されている。これらの結果は、第1.2図の燃焼系は
、標準ボウルと比較したとき燃料消費率の重大な劣化または煙の非常な増加をこ
うむることな(,10度および7度B、T、D、C,のような遅らせ時期におい
て作動しうろことを明瞭に示している。かくして、噴射時期はこのような機関に
おいてより低いNOX放出およびより低いピークシリンダ圧力の関連利点を与え
るために遅らせることがでさ、その結果として雑音が低下しかつ燃料許容差が改
良されるみ
第1.2図に示された燃焼系のものから燃料スプレィパターンを変更する効果が
燃料消費率および煙に対する類似試験を実行して検討され、その結果は第5−1
5図に示されている。
する牝度の角度で壇状ボウルのより狭い部分に向けて指向させる。この噴射器の
札の直径は4孔噴@器の殉合の0.32Mの直径と比べして0.6uであった。
燃料消費率および煙に対する同一標準試験が同一機関において実行された。第6
図は15度B。
T、D、C,の噴射時期に対する結果を示す。燃料消費率は不良であり、煙放出
は高く、かつ、予期されたように、噴射時期が遅らせられるにしたがつて両方は
さらに劣化することが見出された。
第7図は孔直径0.41閣の2孔噴射器を示し、この噴射器は145度の円錐体
上の燃料の2つのジェットを、中央平面D−Dに対する初度の角度で突起4の谷
側へ1つずつ指向させる。燃料消費率および煙放出試験結果は第8図に示されて
いる。これらは15iB、T、D、c、の進め時期においてさえも、燃料消費率
は不良でありかつ煙放出は商いことを示している。第4図・と比軟するとわかる
ように、この2孔噴射器を備えた燃焼系の性能は第1.2図の4孔噴射器を備え
たものよりも悪い。
第7図の2孔噴射器は第9図に示す胡似の2孔噴射器で置侠され、燃料ジェット
は中央平面り一りの谷側に(社)度の角度で設定されている。0.36関および
0.45Mの噴射器孔直径が使用され、よりよい結果は小さい方q径で得られた
。これらの結果は18および13度B、’r、D、C,の全負荷噴射時期に対し
て第10図に示されている。燃料消費率と煙は第7凶の2孔、40度噴射器と比
較して向上したか、第1.2図の4孔愼射器よりもまだ悪い。
第11図に示すように2孔、ω度噴射器が別の配置で使用され、この場合には2
つのスプレィが塊状ボウルの広い方の部分中へ指向させられている。
この配置は第8図に示されたピストンを180度時期調整することKよって便利
に得られ、これにより燃料ジェットとピップ4の相対配向か第11図に示すもの
罠なっている。16および13度B、T、D、C。
全負荷噴射時期に対する第12−の試験結果は、第1O凶の先の2孔、明度噴射
器と比較してさらに悪い燃料消費率および煙を示している。
第7図の2孔、40度噴射器もまたピストンを180度−転させることKよって
この逆形悪で使用され、2つのスプレィが環状ボウルの広い方の部分中へ指向さ
れるよう罠なっている。16度および13度B、T、D、C,全負荷噴射時期に
対する第13図の試験結果は、第9−12図の2孔60度噴射器を使用する両燃
焼系と比軟してさらに悪いが、第7図の2孔切度噴射器よりもよい燃料消費率に
よび煙を示している。
第14図に示す別の2孔噴射器が試験され、この噴@器は一方のジェットが中央
平面D−Dに対して40[で環状ボウルの狭い方の部分に回って指向させられ、
他方のジェットが平面D−DK対して直角゛にかつ第一のジェットからその反対
[に指向させられている。孔圓径は0.36閣であった。第15図に示す結果は
環状ボウルの狭い方の部分に向つてジェットを指向させる2孔、ω度噴射器に対
する第9図のものよりもごくわずかに悪かった。
さらに別の組の試・夜が、150度スプレィ円錐体上にありかつ平面D−Dを中
心として対称的に指向させられるジェットを有する4孔噴射器を使用して実行さ
れ、環状ボウルの狭い方の部分に向って指向させうる2つのジェット間の角度は
70度であり、環状ボウルの広い方の部分に向って指向させられ^る2つのジェ
ット間の角度は110度であった。燃料消費率および煙試験は第4図のものと同
等の結果を与えた。しかしながら、第1.2図の等角間師ジェットではそれより
も少しよい結果が得られた。
上記試験鈷釆は、燃料がピップ4のまわりの環状空間の1つの領域だけに局部的
に噴射される場合には、例示した燃焼ボウルでは省っだ性能が達成されることを
明瞭に示している。ベンチュリ効果および筒められた乱流を含むこのボウル内の
望気うず流の特性は、燃料がピップ4のまわりKさらに均等に噴射されるときに
のみ改良機関性能を達成するために使用されうる。
試慣帖果は、燃料を中央平面D−Dの両側でボウルの環状空間内へ噴射すること
が有利であり、よりよい性能は2ジエツトシステムにおいてより広く分散するジ
ェットで得られることを示している。試験結果はまた、燃料を垂直平面E−Hの
両−で噴射して環状ボウルの狭い方および広い方の部分の両方に送入することが
有利であることを示している。燃料がボウルの4つの四分円内へ噴射されるとこ
ろの4ジエツトシステムは明らかに最良の機関性能結果を与える。
140J!Lのスプレィ円錐夾角を有する4孔噴射器を備えた第1.2図に示す
燃焼系は、圧縮比15.6:lのかつ高度のうすを生成するためにらせん形吸気
口な有する自然吸気形6シリンダデイーゼル機関に組込まれた。全負荷、可変速
度試験が15度B、T、D、C,の点火時期において燃料消費率および煙放出物
を測定するために行なわれた。類似の試験はまた、一方の場合には既知のトロイ
ド形ボウル(5pJ16図参照)を、また他方の場合にはボウル細繊Aに対して
ル度傾糾した側壁な\有する既知のりエンドラントまたはスクイシュ(squi
sh)リップ形ボウル(第17図参照)を7組込んだ、同−機関について行なわ
れた。全3試験の結果は18図に比較の目的で示されている。これらは、本発明
に係るボウル(曲41)が高機関速反においてスクイシュリップ形ボウル(曲線
I)のものく類似した燃料消費率および煙放出物を与え、両者は各点においてト
ロイド形ボウル(曲Mill)よりも顕著に良好であることを示している。
本発明に係るボウルおよびスクイシュリップ形ボウルの燃料消費率および煙放出
′alは、遅らせ時期における両省の性能を比較するために260Or。
p、mの定速度である範囲の燃料噴射時期にわたって測定^された。スクイシュ
リップ形ボウルは第17図のものに類似するが、ボウルの@MAに対して40度
の角度で116 料した側壁を待つものであった。
このボウルは圧動比17.5:1のかつうずを生成するために接線方間に指向さ
せられた吸気口を有するターボチャージ形6シリンダfIAP!8に組込まれた
。
140度の円錐スプレィ角および等角間隔ジェットを有する4孔噴射器が使用さ
れた。この機関はディーゼル機関放出物に対する米国連邦規制を満たすのに幽し
ていることが知られている。
第19図にプロットされた結果は、このスクイシュリップ形燃焼系が遅らせ点火
時期において低い燃料消費率および煙放出吻で作動しうろことを確認するもので
ある(曲脈■)。同一ターボチャージ形6シリンダ機関において15.6 :
1のより低い圧縮比で第1,2図の燃焼系について行なわれた比較用試験は、こ
の燃焼系がこれらの遅らせ噴射時期において同等によく働くことを示している(
曲Ml)。
ピップ4をその軸線Cがボウル3の軸線人から半径方向にオフセットされるよう
に配置することの利点は、中央配置のビッグを有する同−燃焼系との比較試験に
よって実証されうる。15.6 : 1の圧縮比および噴射時期15度B、T、
D、Cを有する上記ターボチャージ形機関がこの試験のために使用され、オフセ
ラ)l※巖(曲ml)および中央配置ビッグ(曲線■)に対する燃料消費率およ
び煙結果は第九図に示すように得られた。これらの結果はボウルの中心から半径
方向にオフセットされたビッグの場合により低い燃料消費率および虚数出物を明
[6C示している。
第1図のビッグ4の半径方向オフセットの程度はボウルの直径の約14%である
。これ&″1%1%負旧通のオフセットの程度として決定された。これよりも小
さいオフセットの程度は高機関速度における軽負荷条件の下で増加した煙を与え
る傾向があり、それよりも大きいオフセットは低速度において増加した煙を与え
る傾向がある。広範囲の半径方向オフセットが試験され、その結果から、ボウル
直径の範囲10− ′A%が好適であると決定された。
ピップ4の形状もまた変更された。第力図に示すような、円筒形側面を有するビ
ッグに同等に許容できる性能結果を与えることが見出された。第21図の燃焼系
は前と同様にターボチャージ形機関で試験され、第η図は第1.2図の燃浣系の
結果(曲謄■)と比較した結果(曲ml)を示している。
第2J図の円筒形ピップは第1図の円錐形ビッグよりも短いが、それでもボウル
の深さの40%を越える尚さを有し、これはビッグ高さに対する望ましい下限界
とみなされる。
第り図の円筒形ビッグはまた平らな頂部を有するが、第乙図に示すもののような
丸形頂部を有するピップは同等に許容できる。
面D−D上に整列させられている。ビッグ軸mCと噴射器ノズル2を異なる平面
内に配置することの効果が試験され、性能は共通平面内整列と比較し℃悪いこと
が見出された。第り図の燃焼系が使用され、第ム図に示すように、ピップ4は中
間平面D−Dの片側に移され、その軸−Cが中央平面これらは第6図に示されて
いる。ビッグを噴射器2およびボウル@mAの平面D−Dから離して配置する声
とは燃、料消費率および煙放出物の増加を引起こすことが明らかである。
第3図は、第21図のもののような円筒形ビッグ4ケ有するが、シリンダを第2
】図に示された位置から180度回転させることによってピップ上方に配置され
た噴射器な有する、ボウルを使用する燃焼系を示している。この燃焼系ヲマ、1
40度スプレィ円錐上に寺角間陽のジェットを有する4孔噴射器を使用して、以
前と同様にターボチャージ1m関で試験され、その泗果は第あ凶に曲線■で示さ
れている。
第あ図の燃腕系はまた円筒形ピップ4の上方に配置された5孔噴射器またはノズ
y2を使用する同一試験にかけられ、この場合5つの燃料ジェットが夾角150
度の円錐体上に位置しかつ第ご図に示すように配向され、中央平面D−D内の1
つのジェットがボウルの広い方の部分に向って指向させられ、他のジェットは対
をなして中間平面の各側に指向させられ、一方の対は中央平面に対して6度で傾
斜させられ、他方は中央平面に対して関度で噴斜させられている。この試験結果
もまた第3図に曲線■で示されている。これらは、5孔噴射器が低速度において
改良された燃料消費率と煙とを与スることを示し【いる。
浄3(内容に変更なし)
手続補正書
昭和沼年6月 7日
特許庁長官 若杉和夫 殿
■、事件の表示
!崎口
P CT/ GB 82100241
、発明の名称 内 燃 機 関
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 イギリス国 ロンドン ダブリュク1ワイ 2イーエイデイヴイス スト
リート お
名称 マツセイーファーガソンーバーキンス リミテツド国際調査赳告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 l ボウルの側面と共に環状部を一定するようにボウルの床に隆起突起を備えた 凹入燃焼ボウルを有するピストンと、吸込空気を前記陽画突起のまわりで回転さ せるうす巻き手段と、突起のまわりの離間した点において環状部中へ複数のジェ ットをスプレィするオリフィスを有する燃料噴射器とからなり、環状部の横断面 積が突起(4)のまわりで変化しかつ突起(4)の4Iji線(C)を通る中央 平面(D−D )内で最小値を有し、かつ噴射器ノズル(2)がボウル(3)の 中央領域に配置されかつ前記中央平面(D−D)の両側圧燃料のジェットを指向 させるように配向されたオリアイスを有することを狩徴とする内燃機関。 2 噴射器オリフィスが前記中央平面(D−D)に垂直にボウル(3)の中心( 1)を通る平面(E−E)の両側に燃料のジェットを指向させるように配回され ている拍不の範囲第1項記載の伎関。 3 ボウルの側面と共Km状部を画定するようにわりで回転させるうす巻き手段 と、突起のまわりの離間した点において環状部中へ複数のジェットをスゲレイす るオリフィスを有する燃料と噴射器とからなり、環状部の横断面積が突起(4) のまわりで変化しかつ突起(4)の軸線(C)を通る中央平面(D−D )内に 最小値を有し、かつ噴射器オリフィスが前記中央平面に垂直にボウル(3)の軸 #l仏)を通る平面(E−E )の両側に燃料のジェットを指向さ+!:ろよう に配回されていることを特徴とする内燃懺関。 4 豐射器か4つのオリフィスな有し、そのおのおのが前記中央平面(D−D )と垂直平面(E−E)とによって画定されたそれぞれの四分日中へ燃料のジェ ットを指向させるように配向されている請求の範囲第2塊または第3項記載の機 関。 5 突起(4)の周辺とボウル(3)の側面との間の半径方向間隔が突起の=I M(C)のまわりで変化する先行請求の範囲のどれでも1つに記載の機関。 6 突起(4)の*1(C)がボウル(3)の!l@I線(A)から半径方間に オフセットされている請求の範囲第5項記載の機関。 7 ボウル(3)と突起(4)が両方ともそれらの軸線(A、C)に垂直に取ら れた断面において円形であり、かつ両軸縁が前記中央平面(D−D)内にある請 求の範囲第6項記載の機関。 8 突起(4)の軸線(C)がボウル(3ンの#]巌(A)からボウル直径の1 0−20パーセントだけオフセットされている請求の範囲第7項記載の機関。 9 噴射器(2)のノズルが前記中央平面(D−D)上に配置されている先行請 求の範囲のどれでも1つに記載の機関。 10 噴射器(2)のノズルと最小横断面積の環状部の領響とが突起(4)の軸 M (C)の反対の側に配置されている先行請求の範囲のどれでも1つに記載の 機関。 11 噴射器(2)のノズルが突起(4)の細線(C)と実質的に整列して配置 されている請求の4囲第1−9項のどれでも1つに記載の機関。 12 突起(4)が突起の軸線(C)に対して態度またはそれ以下の角度で1頃 斜したテーパ9111を有する先行請求の範囲のどれでも1つく記載の機関。 13 突起(4)が突起の#]線(C)に平行な円′甫形tlt11壁を有する 請求の範囲第1−11項のどれでも1つに記載の機関。 14 突起(4)が平坦頂部を有する先行請求の範囲のどれでも1つに記載の機 関。 15 突起(4)が丸形頂部を有する請求の範囲第1−13項のどれでも1つに 記載の機関。 16 突起(4)がボウル(3)の深さの少な(とも40%の高さを有する先行 請求の範囲のどれでも1つに記載の機関。 連して実質的に説明された内燃機関。
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