JPS6368717A - 直噴式デイ−ゼル機関 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は直噴式ディーゼル機関に係り、特に空気と燃
料の混合を良好に調節して燃焼未燃物（スモーク、ＩＩ
ｃ）の排出を低く抑え且つ出力。

燃費を一部レベル以上に保持できる直噴式ディーゼル機
関に関する。

［従来の技術］ 従来、出力、燃費を一部レベルに保ちスモーク濃度、　
ＮＯｘ　Ｉｆｆ度を低く抑えることを可能にした直噴式
ディーゼル機関として本出願人提案の燃焼室構造（特開
昭５１−１２３４０９号公報）がある。

この提案は第５図に示されるように、燃料が直接供給さ
れるピストンａの燃焼室すを、ピストンａの頂面Ｃから
深さ方向に深くなるに連れて、半径方向の開口径が順次
拡大されるように形成し、燃焼室すの開口上部に燃料と
空気との混合を促進するスキッシュ流■を生じさせるリ
ップｄを形成するように構成したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし上記提案にあっても以下の問題点を残している。

■　燃料と空気との混合を促進させようとして、燃料噴
霧の方向をリップを形成する内壁に設定してスキッシュ
流に対向させると、噴霧とスキッシュ流の相対速度が向
上して燃料噴霧の一部の気化混合は促進されるものの、
燃料噴霧がリップの内壁まで到達する距離、即ち噴霧長
さが短く燃料の貫徹力が強いため、燃料噴霧の残部が壁
面に液膜として付着される。したがって、燃焼室の壁温
が低くなる低速・軽負荷運転領域では燃焼室内に生成さ
れる予混合気量が減少して着火性が悪くなりＨＣが多量
に排出される問題を生じる。

■　■の問題を解決しようとして、燃料噴霧の方向を噴
霧長さが長くなる方向、即ち燃焼室の底壁側のリップの
内壁へ設定すると、このリップと底壁とが形成する円弧
面に沿って反転するスキッシュ流に噴霧のほとんどが巻
きこまれてしまい、スキッシュ流の中の空燃比が小さく
なってオーバリッチ燃焼が行なわれる問題が生じる。

この燃焼は全体としての混合燃焼を著しく悪化させるた
め、結果としてスモーク、　Ｎｏ、を多口に排出する燃
焼となり好ましくない。

以上■■のように相反するＨＣ濃度とスモーク濃度との
関係についての問題点が残されている。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としている
。

この発明はピストン頂部に軸芯方向に沿って間口径が順
次拡大された燃焼室を形成し、この燃焼室の開口上部の
内周壁に機関の負荷に応じて噴射率を制御する燃料噴射
ノズルを臨ませて配設して直噴式ディーゼル機関を構成
するものである。

［作　用］ ピストン頂部に軸芯方向に沿って間口径が順次拡大され
た燃焼室を形成することにより、この燃焼室にはピスト
ンの圧縮行程終期に燃焼室の中心側へ向い且つ燃焼室内
へ押し込まれるスキッシュ流を生成する。燃料噴射ノズ
ルは内燃機関の負荷に応じて噴射率が制御されるため、
その負荷に応じて燃料の噴霧のペネトレーション（貫徹
力）が調節される。即ち、軽負荷では、ペネトレーショ
ンが弱いため噴霧のほとんどがスキッシュ流に巻き込ま
れつつ気化し空気に混合される予混合気が作られる。中
・高負荷では、その負荷に応じたペネトレーションの噴
霧が噴射されるから、燃焼室の内周壁にはスキッシュ流
により剥離され壁面蒸発される燃料膜が形成される。し
たがってあらゆる使用負荷運転時にあっても、そのとき
の負荷に応じた空燃比の混合気が生成されることになり
、出力、燃費を一部レベルに保った上でスモーク濃度、
　ＨＣｌ１度を低下させた燃焼を得ることができる。

［実施例］ 以下にこの発明の直噴式ディーゼル機関の好適一実施例
を添付図面に基づいて説明する。

第１図に示す１はシリンダヘッド、２はシリンダボディ
、３は燃料噴射ノズル、４はピストンである。

ピストン４にはそのピストン４の頂部に、頂面４ａを基
準面として軸芯方向に窪まされて形成された燃焼室５が
設けられており、この燃焼室５の間口径りは深さ方向に
沿って順次拡大して形成される。即ち、この燃焼室５は
ピストン４の軸芯を通る垂直断面が略台形状に形成され
たいわゆるりエンドラント形状の燃焼室となっている。

台形の斜辺となる部分とピストン１の頂面４ａとなる部
分との接合部は円弧面５ｄによって接続され、また底壁
５ｂと燃焼室５の傾斜面となる内周壁５ａとは円弧状の
内周壁５ｃによって滑らかに接続されている。燃焼室５
の底壁５ｂは周側よりも軸芯部が僅かに深く窪ませられ
て全体として円弧面をなすように形成されている。これ
らにより燃焼室５の開口上部にはスキッシュ流を導くリ
ップ６が形成される。ここで燃焼室５の開口形状は、本
実施例では略四角形に形成されており、四隅は円周方向
の適当な大きさの曲面にて接続される。

シリンダヘッド１内には、ノズルボディ７の先端が燃焼
室５内を臨まされて燃料噴射ノズル３が一体的に収容さ
れている。この燃料噴射ノズル３としてはこの発明の実
施例では第２図に示されるような形式のものが採用され
る。

図示されるように、針弁８を昇降自在に収容するノズル
ボディ７はりテーニングナット２ｏ内に収容されてノズ
ルホルダ２１の先端に固定される。

このノズルホルダ２１とノズルボディ７の結合はねじに
よって行なわれる。ノズルホルダ２１内には、ノズルホ
ルダ２１先端の小径の通孔２２を貫通された針弁８後端
に当接するスプリングシート２３と、このスプリングシ
ート２３上に着座する第１のリターンスプリング２４と
、第１のリターンスプリング２４の上端に当接し上記ノ
ズルホルダ２１の上方の座部２５につば部２６が着座さ
れるつば付スリーブ２７とが収容されている。ノズルホ
ルダ２１の座部２５を形成する拡径された筒部２８には
、上記つば付スリーブ２７のつば部２６上に着座する円
筒状のコネクタ２９が一体的に収容される。この結合も
ねじによって行なわれる。ところで、上記第１のリター
ンスプリング２４内及びつば付スリーブ２７内にはそれ
ぞれ当接関係をもって第１．第２．第３のブツシュロッ
ド３０，３１．３２が昇降自在に収容され、第３のブツ
シュロッド３２の上端には、これに当接し、コネクタ２
９より半径方向内方のつば付スリーブ２７のつば部２６
に当接するつば付ブツシュロッド３３が設けられている
。このつば付ブツシュロッド３３の先端側のロッド部３
３ａはつば付スリーブ２７内に昇降自在に収容される。

また、コネクタ２９内には第２のリターンスプリング３
４が収容されており、この第２のリターンスプリング３
４は、そのコネクタ２９内にねじ込まれる筒状のプラグ
３５と上記つば付ブツシュロッド３３との間で両方向に
付勢するようになっている。

３６はロックナツトで、３７は上記コネクタ２９、プラ
グ３５．ロックナツト３６を収容するキャップである。

このキャップ３７には、内部に燃料の逃し通路３８が形
成されたボルト３９がねじ込まれている。

ノズルボディ７内には上記針弁８を収容する針弁収容部
９が形成され、この針弁８の錐体状の受圧面４０に対面
される上記針弁収容部９は半径方向に拡径されて燃料室
１２となっている。ノズルホルダ２１及びノズルボディ
７内には上記燃料室１２に接続される一連の燃料送油通
路４１が形成され、この燃料送油通路４．１はプラグ４
２を介して燃料噴射ポンプ（図示せず）に接続される。

１３は噴口である。

さて、この発明の実施例にあって燃料噴射ノズル３の噴
口１３の噴口方向は次のように設定される。

叩ら、ピストン４の上死点位置で燃焼室５の上部を形成
する頂面４ａ側の内周壁５ａへ向けて噴口１３の方向が
設定される。各噴口１３は燃焼室５を円周方向に等分割
する内周壁５ａをそれぞれ臨ませられる。いいかえれば
、噴口１３はリップ６を形成する比較的上方の内周壁５
ａに臨ませられる。

次に本発明の実施例の作用を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図に示すようにピストン４が圧縮行程の終期に至る
と、燃焼室５の上部開口部を除くピストン４の頂面４ａ
によって燃焼室５の中心側へ向うスキッシュ流■が生成
される。このスキッシュ流Ｖは燃焼室５内に押し込まれ
て燃焼室５の内周壁５ａ、内周壁５ｃ、底壁５ｂに沿っ
て旋回されると共に、この燃焼室５に予め生成されたス
ワールＳの影響によってトロイダル方向へ旋回される。

内燃機関の軽負荷運転時にあって、噴射ポンプから燃料
室１２へ送られる燃料の送油量は、針弁８が第１のリタ
ーンスプリング２４を撓ませることのできる送油量であ
って第２のリターンスプリング３４をも撓ませるだけの
送油量ではないので、このときの針弁８のリフト値は、
予め設定した第２のブツシュロッド３１と第３のブツシ
ュロッド３２間の隙間Δｊに相当するリフト値（プレリ
フト値）に達するまで初期噴射が行なわれる。この初期
噴射期間にあっての噴口１３から噴射される燃料の噴ｎ
　ｆ　＋のペネトレーション（貫徹力）は、プレリフト
時のシート部の微少隙間による絞りにより、この噴霧ｆ
１は燃焼室５の底壁５ｂから燃焼室５の上部開口部へ向
う逆方向のスキッシュ流■に向流されて相対速度の増加
により瞬時のうちに蒸気化され空気に混合されながら、
その逆方向のスキッシュ流■に巻きこまれる。ここで、
噴口１３から噴射される噴霧ｆ１の総量は中・高負荷時
より少ないため、スキッシュ流Ｖに巻き込まれた混合気
の空燃比は適正値に保たれる。したがって軽負荷運転時
に於ける燃焼温度、燃焼圧力を適度に調節でき、出力、
燃費を一定に保持してスモーク濃度、　ＨＣｌ度を低く
抑えた燃焼性能を得ることができる。

内燃機関の負荷が増加すると燃料噴射ポンプの送油堡が
増加し燃料室１２の燃料油圧も負荷に応じて上昇するか
ら、針弁８が上記プレリフト値を越えるリフト値までリ
フトされる。即ちこのときは第１及び第２のリターンス
プリング２４．３４が撓ませられ、そのリフト値に応じ
た聞の燃料油が噴口１３から噴射される。ゆえに噴口１
３からは負荷に応じたペネトレーションをもつ噴霧ｆ１
が噴射される。このペネトレーションの増加に応じて噴
霧ｆ１の一部は上述のように予混合気に生成されるが、
残部は内周壁５ａに沿うように付着される膜厚が均一な
燃料膜Ｆとなる。こめ燃料膜Ｆが生成される負荷時には
、ピストン４の壁温が燃料の蒸発温度まで昇温されてい
るから、燃料膜Ｆは外面から蒸発されてスキッシュ流■
に剥離され巻き込まれる。

このように、あらゆる使用負荷運転にあっても、そのと
ぎの負荷に応じて空燃比が調節されスモーク濃度、１０
０濃度を低く抑え、且つ出力、燃費を一定レベル以上に
保持できる燃焼が得られる。

第３図はこの発明に採用された燃料噴射ノズル３（実線
ｅ）とリターンスプリングが１個で開弁制御された従来
の燃料噴射ノズル（破線ｆ）との負荷に基づくペネトレ
ーションの変化を示す性能図であり、本発明の燃料噴射
ノズル３が負荷に応じたペネトレーションの噴ｎ　ｆ　
＋　を噴射できることを示している。

第４図はトロイダル形燃焼室とりエンドラント形燃焼室
とに従来の燃料噴射ノズルと本発明に採用された燃料噴
射ノズルとをそれぞれ設けた場合のスモーク濃度とＨＣ
濃度との関係を示す性能図で、同図によれば、燃焼苗の
底部中央を隆起させてトロイダル流を生成するようにし
たトロイダル形燃焼室に上記二つの種類のノズルを採用
しても十分なスモーク濃度、ＨＣｍ度の低減を図ること
が困難であって、リエントラント形燃焼室に本発明に採
用された燃料噴射ノズル３を採用することによってスモ
ーク濃度、　１（Ｃ１１度を低下させることができるこ
とがわかる。しかし、低減度合はまだ十分でない。これ
に対し、リエントラント形燃焼室に本発明に採用された
燃料噴射ノズル３を組み合わせた本発明の直噴式ディー
ゼル礪圓ではスモーク濃度、　ＨＣｉｌ１度が共に低く
抑えることができることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明の直噴式
ディーゼル機関によれば、あらゆる使用負荷運転領域で
、出力、燃費を負荷に応じて一定レベルに保ち、スモー
ク濃度、　ＨＣｌ１度を低く抑えることができるという
優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の直噴式ディーゼル機関の好適一実施
例を示す縦断面図、第２図は燃料噴射ノズルを示す図、
第３図は負荷に対する燃料噴射ノズルのペネトレーショ
ンの性能図、第４図はノズル形状の異なるノズルを形状
の異なる燃焼室に採用した場合のスモーク濃度、　ＩＩ
ｃＩＩ度についての性能図、第５図は従来例を示す縦断
面図である。 図中、３は燃料噴射ノズル、４はピストン、４ａはピス
トンの頂面、５は燃焼室、５ａは開口上部の内周壁、１
３は噴口である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン頂部に軸芯方向に沿つて開口径が順次拡
   大された燃焼室を形成し、この燃焼室の開口上部の内周
   壁に機関の負荷に応じて噴射率を制御する燃料噴射ノズ
   ルを臨ませて配設したことを特徴とする直噴式ディーゼ
   ル機関。
2. （２）上記燃料噴射ノズルが、燃焼室の上記内周壁に円
   周方向に間隔をおいて燃料を噴射するように構成された
   上記特許請求の範囲第１項記載の直噴式ディーゼル機関
   。