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JPS6189919A - 直噴式デイ−ゼルエンジン燃焼室 - Google Patents

直噴式デイ−ゼルエンジン燃焼室

Info

Publication number
JPS6189919A
JPS6189919A JP59210519A JP21051984A JPS6189919A JP S6189919 A JPS6189919 A JP S6189919A JP 59210519 A JP59210519 A JP 59210519A JP 21051984 A JP21051984 A JP 21051984A JP S6189919 A JPS6189919 A JP S6189919A
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JP
Japan
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combustion chamber
main
nozzle
fuel
sub
Prior art date
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Application number
JP59210519A
Other languages
English (en)
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Inventor
Shiro Ishida
石田　史郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP59210519A priority Critical patent/JPH063132B2/ja
Publication of JPS6189919A publication Critical patent/JPS6189919A/ja
Publication of JPH063132B2 publication Critical patent/JPH063132B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直噴式ディーゼル内燃機関に係り、特に低負
荷から高負荷運転に於て燃焼室内に発生する青白煙及び
これによって生成されて燃焼室内壁に付着生成される未
燃焼生成物（ＨＣ）を防止し、且つ燃焼室内に噴射され
る燃料を速やかに着火し、さらに緩慢に燃焼させるべく
、ピストン頂部に互いに並設かつ連通ずる主燃焼室と副
燃焼室とを有する直噴式ディーゼルエンジン燃焼室に関
する。
［従来の技術］ 一般に、直噴式ディーゼル内燃機関は、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、撮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ずべく、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Ｍ
ＡＮ−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では、燃焼室の壁温が低く十分なＭ
Ｒ能力を持ち得ず、その結宋燃焼至内に多くの未燃焼燃
料が生じ、それが排出されて青白煙の発生となっている
。また大気、水温が常温の場合でも、アイドリンク時等
の軽負同時の場合には、上記壁温が低いために燃焼未燃
物（ＨＣ）が多大に発生し、これらが燃焼状態を悪化さ
せる要因であった。
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おり、その原
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ａ）、実開昭５１−３３２２１号公報（従
来例ｂ）及び特開昭５７−４１４１７号公報（従来例Ｃ
）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ａは第１０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、シリンダヘッド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間に連通ずる連
絡通路２１がシリンダヘッド２０内に形成されている。
一方、第１１図に示す如〈従来例すも従来例ａと同様に
ピストン６内及びシリンダヘッド２０内にそれぞれ主燃
焼室２、ＤＩ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ャンバ２２が
形成されている。
これら従来例ａ及び従来例すの０１燃焼至３には、それ
ぞれ副燃焼室３内及び主燃焼室２内を臨んで燃料噴射ノ
ズル４が設けられ、機関が低負荷運転にある時にはＲノ
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ば、低負荷時に於ける
燃室比（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υ１しようとするも
のである。
しかしながら上記従来例ａ及び従来例すに於いては、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
する燃焼ガスによって着火されるために、貴微力を失い
、その結果主燃焼室２内が不完全燃焼に陥ってスモーク
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１２図に示す従来例Ｃ
の提案がなされており、この提案は、ピストン６及びシ
リンダヘッド２０の少なくとも一方に形成され吸気スワ
ールＳが導入されるキャビティ２４と、渦流生成用絞り
孔２５を介して前記キャビティ２４に連通した渦流副室
２６と噴射燃料の一部を前記キャピテイ２４の内壁２４
ａ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弁４を備え、渦流副室２６における
急速燃焼とキャビティ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は前記キャピテイ
２４に対してスワールＳ方向に開口させ、燃料噴射方向
に向く副絞り孔と、キャビティ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って押し込
み渦流が形成される渦流形式の前記渦室とし、１ｎ射燃
料の一部をその副窄内で急速燃焼させると共に残りの噴
射燃料をキャビティ２４の内壁２４ａに噴射し、そのキ
ャビティ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、もってキャ
ビティ２４の内壁２４ａに付着した燃料をフィルム状に
引き延し、及びその結果生じる燃料蒸発促進を行なって
緩速燃焼させようとしたものである。
しかしながら、上記の如く構成された従来例Ｃは前記キ
ャビティ２４下に形成された前記副室２６内の急速燃焼
ガス流と、これによる発生熱によってキャビティ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。即ちキャビティ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ＤＩ室２６よりの１　
　　燃焼ガスによって着火されると急激な燃焼がキャビ
ティ２４内でも起ることになり燃焼圧力が増大しそれに
よっ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、低負荷時に発生する燃焼未燃物（１−Ｉ
　Ｃ”）及び青白煙の発生を抑＆！Ｉ　すると共に低角
荷時から高負荷時に至り、広範囲にわたって騒音低減化
を図り、且つ緩慢燃焼を達成して静粛なる直噴式ディー
ゼル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窪まされ
て形成された主燃焼室と、その主燃焼室に互いに連通す
べく並設されて上記ピストン頂部に窪まされて形成され
た副燃焼室と、上記主燃焼空白に、これに発生されるス
ワール方向に臨んで燃料を噴射する主燃焼室を有すると
共に、その主噴口が閉じたときに上記副燃焼室内に、こ
れに発生されるスワール方向に臨ませて燃料を噴射する
Ｄｊ噴口を有する燃料噴射ノズルとを備え、上記副燃焼
室が上記主燃焼室に比して小容量に形成されると共に、
それら燃焼室が上部を開放された例えば円形断面形状を
有し、その周側壁の一部が開放されて連通され、上記燃
料噴射ノズルが例えばニードル弁を設けられる共に、そ
のニードル弁がニードル弁の所定リフト以下で上記副噴
口を開放し、所定リフト以上で上記主噴口を開放するよ
うに構成すると共に、上記燃料噴射ノズルを上記主燃焼
室と副燃焼室とを結、５毫連格部分に位置されて、その
主噴口を上記燃焼室の内壁に、また副噴口を副燃焼室の
内壁に臨ませ且つそれら燃焼室内に生成されるスワール
の下流に臨ませて低角荷時には上記副噴口より微粒化さ
れた燃料噴霧を上記副燃焼室の内壁に衝突させて、これ
に生成されるスワールと効果的に混合−させて着火性に
優れる予混合気の燃料フィルムを形成して緩慢かつ着火
を速やかに達成できるので燃焼室内の急激な圧力上昇を
防止でき、更に高負荷時に於ては、主燃焼室の内壁に向
けて主噴口より上記燃料噴霧よりは粒径大なる燃料が噴
射されて壁面に沿って燃料フィルムを形成し、その燃料
フィルムが壁面より受ける熱で蒸発し、主燃焼室内に生
成されるスワールと混合して上記予混合気を発生される
一方、上記副燃焼室内で発生する燃焼ガスによって速や
かに着火され、それがスワール方向に火炎伝播されて主
・副燃焼室内の圧力上昇を抑制し、また騒音を低減して
緩慢燃焼させると共に未燃焼生成物（ＨＣ）を大幅に低
減させるものである。
［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、
これより窪まされて主燃焼室２と副燃焼室３とが形成さ
れている。それら主・副燃焼室２゜３とは、それぞれ上
部を開放された例えば円形断面形状を有しており、それ
らがピストン頂部１に並設され且つそれら主燃焼室２と
副燃焼室３とを連通すべく互いの周側壁２ａ　、３ａの
一部が開放されている。また上記主燃焼室２に比し副燃
焼室３の容積は小容積に形成され、具体的には上記主燃
焼室２の円形断面が副燃焼室３の円形断面より小径に形
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
連絡部分には第４図に示す如く、それを臨むように燃料
噴射ノズル４が設けられ、この燃料噴射ノズル４は図示
しないシリンダヘッドに取り付けられる。また燃料噴射
ノズル４の主な構成としては、シリンダヘッドに取り付
けられるノズルボディ７内の弁座８に対して昇降自在に
着座してそれを開閉するテーバ部９を有するニードル弁
１０と、その弁座８より開口されて上記副燃焼室３の内
壁３ａに且つ第１図に示すようにこれより噴射される燃
料噴霧が副燃焼室３内に生成されるスワールＳの下流側
に向けて噴射されるように形成された副噴口１１と、上
記ノズルボディ７内端部に且つ上記ニードル弁１０の軸
芯方向に沿って開口されると共に、上記ニードル弁１０
の縮径部１２を収容し、これが開放されることにより燃
料を第１図に示す如く主燃焼室２の内壁２ａに且つそれ
に生成されるスワールＳ方向の下流側に噴射ずべく設け
られた主噴口１３とから形成される。
また上記副噴口１１と主噴口１３とは上記ニードル弁１
０のリフト量でそれぞれ間口されるようになっており、
機関が低負荷時には所定リフト以下で副噴口１１が開放
され、そのリフト以上で主噴口１３が開放されて高負荷
運転に要する燃料が、それぞれ燃焼至２，３内に供給さ
れる。
ゆえに、第１図に示される如く、図示しないスワールボ
ートから吸入されたスワールＳは、ピストン頂部１の上
記主燃焼室２及び副燃焼室３内に圧縮されながらも生成
されている。機関が低負荷時においてはニードル弁１０
のリフトによって副噴口１１が開放され、第５図に示す
如く燃料噴霧が副燃焼室３の内壁３ａに衝突させられ、
これによって、微粒化された燃料噴霧が形成され、その
噴霧が副燃焼室３のスワールＳ方向に沿って流れ第６図
に示す如く燃料フィルムＨを形成する。燃料フィルムＨ
の一部は、副燃焼室３の内壁３ａより受熱蒸発し、上記
スワールＳと効果的に混合促進されて着火性に優れた第
１図に示す予混合気Ｆを生成し、それが自発的に着火燃
焼することによって、その火炎が残りの燃料フィルムＨ
に速やかに着火し急激燃焼される。また、噴口径を小さ
く設定された副噴口１１から噴射される噴霧の粒径は微
粒化されて小さいため第６図に示寸如く圧縮された高温
空気中で瞬時に蒸発着火する。一方、この噴霧は副燃焼
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に沿って分布される。
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と隔てられ
ており、また副燃焼室３内のスワールＳによって副燃焼
室３内に燃焼ガスＥ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、それによって燃焼濡洩が上昇
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、高負荷時に於いては、第７図に示す如く、上記
主噴口１３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
因に示す如く燃料が噴射され、上記同様に燃料フィルム
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Ｅの一部が主燃焼室２内の予混合気Ｆに火炎伝播
し、さらに燃料フィルムＨが着火されて燃焼されること
になる。しかしながら、主噴口１３より噴射される燃料
は副噴口１１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
して生成する予混合気「が過剰に生成されず、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。従っ
て、予混合気Ｆが着火することによって発生された熱に
より残りの燃料フィルムＨを速やかに蒸発せしめこの蒸
気が燃焼していき第８図に示すように緩慢に燃焼される
ことになり、これによって急激な主燃焼室２内の圧力上
昇は抑制され、さらに騒音を低減してディーゼルノック
を抑制することができる。また高負荷になる程主噴口１
３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、Ｄ
Ｊ燃燃焼至上り流入する火炎によって確実に着火される
ことになる。
第９図は従来のＶＡＮ−Ｍ方式機関と本発明の実施例と
の比較を示す図であり、燃焼室内圧力（ｂａｒ）と、ク
ランク角（°）との関係を示し、図においてＭＡＮ−Ｍ
方式機関（Ｐｌ）に対して本発明の実施例（Ｐ２）は副
噴口１１より噴射される燃料の着火時期が早く、しかも
主噴口１３から噴射された燃料に対し確実に着火すると
共に、その後の燃焼圧力が比較的モータリング波形線（
ＰＯ）（燃料をカット時の燃焼室内圧力）の接線方向に
上界し、且つ上記ＭＡＮ−Ｍ方式機関（Ｐｌ）よりは滑
かな線図を呈して居り、これは緩慢燃焼が達成されたこ
とを示すものである。また図示される如く副噴口１１よ
りの燃料が確実に着火されている時に主噴口１３がら燃
料が噴射さ１　　　　れ、それが速やかに着火されてい
ることも確認できる。
［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）　　ピストン頂部に主燃焼室と副燃焼室とを並設
し、それ等を互いに連通させた燃焼室を形成することに
よって、機関が低負荷時には着火遅れが短く且つ緩慢な
燃焼を副燃焼室内で達成し、その燃焼濡洩によって青白
煙を抑υ１し、且つ燃焼未燃物（１−１０）を低減でき
る。
（２）　　主燃焼室と副燃焼室とに連通ずる連絡部分を
設けたで、副燃焼室内の燃焼ガスの一部がが主燃焼室内
に侵入して、その燃焼ガスによって、主燃焼室内に噴射
蒸発された予混合気及び燃料フィルムに着火燃焼させて
速やか且つ緩慢燃焼を達成できるので、低負荷から高負
荷に至る広範囲の負荷領域で騒音を防止でき、静粛なる
直噴式ディーゼル燃焼室を提供できる。
（３）　　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ず図、第２図は本発
明の主燃焼室とＤノ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２図に示された燃料噴射
ノズルの概略断面図、第５図乃至第８図は本発明の主燃
焼室及び副燃焼室内に噴射される燃料が着火燃焼に至る
までの過程を示す図、第９図は従来のＶＡＮ−Ｍ方式機
関と本発明の実施例との比較を示す指圧線図、第１０図
乃至第１２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
、４は燃料噴射ノズル、１１は副噴口、１３は主噴口で
ある。 特許出願人　　いす９自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 第２図 第５図　　　　第６図 第７図　　　　第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 手続ネ市’ｉｌＥ　Ｈ１二：　（自発）昭和６０年１０
月２９日 特許庁長官　　宇　買　道　部　　殿 １、事件の表示　　　特願昭５９−２１０５１９号２、
発明の名称　　　自噴式ディーゼルエンジン燃焼室（０
１７）　　いづト′自動中株式会社東京都港区愛宕１丁
目６番７号 ５、補正命令の日付 （自発） １　　　　　　明細書（発明の詳細な説明の欄）３３２
２１号公報Ｊと訂正。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　主燃焼室に互いに連通すべく並設されてピスト
    ン頂部に窪まされて形成された副燃焼室と、上記主燃焼
    室内に、これに発生されるスワール方向に臨んで燃料を
    噴射する主噴口を有すると共に、該主噴口が閉じたとき
    に上記副燃焼室内にこれに発生されるスワール方向に臨
    ませて燃料を噴射する副噴口を有する燃料噴射ノズルと
    を備えたことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン燃
    焼室。
  2. （２）　上記副燃焼室が上記主燃焼室より小さな容積を
    有するように形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エンジン燃焼室。
  3. （３）　上記主燃焼室と上記副燃焼室とが、ピストン頂
    部に窪まされて形成されると共に、その周側壁の一部を
    開放して連通された上記特許請求の範囲第１項又は第２
    項いずれかに記載の直噴式ディーゼルエンジン燃焼室。
  4. （４）　上記燃料噴射ノズルがニードル弁の所定リフト
    以下で上記副噴口を開放し、所定リフト以上で上記主噴
    口を開放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エンジン燃焼室。
  5. （５）　上記燃料噴射ノズルが上記主燃焼室と副燃焼室
    とを結ぶ連通部分に位置されて、その主噴口を上記主燃
    焼室内に、また副噴口を上記副燃焼室内に臨ませた上記
    特許請求の範囲第１項または第４項いずれかに記載の直
    噴式ディーゼルエンジン燃焼室。
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