JPS6189920A - 直噴式デイ−ゼル燃焼室 - Google Patents

直噴式デイ−ゼル燃焼室

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JPS6189920A
JPS6189920A JP59210520A JP21052084A JPS6189920A JP S6189920 A JPS6189920 A JP S6189920A JP 59210520 A JP59210520 A JP 59210520A JP 21052084 A JP21052084 A JP 21052084A JP S6189920 A JPS6189920 A JP S6189920A
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JP
Japan
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combustion chamber
main
nozzle
fuel
sub
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JP59210520A
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English (en)
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Shiro Ishida
石田　史郎
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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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１ 本発明は、直噴式ディーゼル内燃機関に係り、特に低負
荷から高負荷運転時に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ＱＪされ
る燃料を速やかに着火燃焼させると共に低温雰囲気下に
あっても好適な燃焼を可能とした直噴式ディーゼル燃焼
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、上記スワールを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Ｖ
ＡＮ−Ｍ方式別間が知られている。
しかしながら、上記Ｍ方式別間は、噴射された燃料を蒸
発燃焼させる方式であるため、大気温が低く、また機関
の冷部水温が低い条件では燃焼室の壁温が低く、十分な
蒸発能力を持ち得ず、その結果、燃焼室内に多くの未燃
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
時等の軽負荷時の場合には、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（窪
ませたいわゆるＶＡＮ−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、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、低負荷時に於ける燃空
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（＋−Ｉ　Ｃ）の発生を抑制
する長所を有しているが、高負荷時においては上記連絡
通路２１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
、ｎ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２ｏの少なくとも一方に形成され吸気スワ
ールＳが導入されるキャごティ２４と、渦流生成用較り
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航記キャビティ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は前記キー−ビテ
ィ２４に対してスワ−ル方向に開口させ、燃料哨（１４
方向に向＜　Ｗ＋絞り孔と、Ｖトヒティ２４に対（ノス
ツールｈ向を向く主絞り孔とを有する内燃機関の燃ｔｉ
室を構成するもので燃焼室の一部をピストン圧縮工稈に
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、噴射燃料の一部をそのｉ？’ｌ室内で０速燃焼させ
ると共に残りの哨躬燃料をキャビティ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、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＜　ＪＭ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１７る可能性を有して居り、これが高負
荷時に於てはざらに顕著に現われると考えられる。叩ら
キセビアイ２１１内の燃料蒸発が促進される事はる大佐
に優れた゛Ｆ混合気を多大に生成プることであり、これ
が上記副室２６よりの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それに
よって燃焼圧力が増大し騒音が異常に高くなる欠点を有
していた。
また、−Ｆ記の問題点は大気温（外気温）がいずれも常
温である場合に発生するもので、これが−２５℃以下の
極低温状態にある場合には、さらに顕著な問題点として
指摘される。即ち、機関始動時、低負荷時には大気温そ
のものが低温であり、また燃焼室の壁温が充分でなく燃
焼室内に噴射される燃料を蒸発させて自発着火させるに
十分な高温圧縮空気そのものを生成できない欠点を有す
るからである。
［発明の目的］ 本発明は上記問題点を解消ずべく　ＤＪ案されたもので
、本発明の目的は、大気温（外気温）が低）品状態であ
る場合に着火性に侵れ低Ｑ荷時に発生する未燃焼士成物
（＋−Ｉ　Ｃ＞及びｂ白煙の発生を抑制すると共に低負
荷時から高Ω荷時に至る広範囲にわたって緩慢燃焼させ
、それによって騒音を抑制し静粛な直噴式ディーゼル燃
焼室を提供することにある。
［発明の（■要〕 本発明は」−２目的を達成１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ｐｊ燃焼室と、そのＤＩ燃焼室内に設けられた加
熱手段と、上記主燃焼室内に燃料を噴射する主噴口を有
すると共に、その主噴口が閉じた時に上記副燃焼室内に
燃料を噴出する副噴口を有する燃料噴射ノズルとを備え
たものでＩＲｌ　ｌＡ的には、上記主燃焼室と上記副燃
焼室とが上部に開放された例えば円形断面形状を有する
と共に、互いその周側壁の一部を開放して連通され、さ
らに上記加熱手段がグロープラグより構成され、その−
１１ｉがシリンダヘッドに設けられ他端が上記０１燃焼
室内に垂下されて設けられて、副燃焼室内に生成される
スワール化された吸入空気を湯度上界せしめ且つ上記燃
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させる
ように描成し、さらに上記主燃焼室と副燃焼室とを結ぶ
連通部分に上記燃料噴射ノズルを位冒させて、その主噴
口を上記主燃焼室の内壁に且つその主燃焼室内に生成さ
れるスワール方向に、また上記ｎ１噴口を上記副燃焼室
内の内壁に且つ副燃焼室内に生成されるスワール方向に
臨ませたもので、これによって機関が始動時または低負
荷時に於いて副燃焼室内に生成されるスワール化された
吸入空気は上記加熱手段によって加熱され高温にされる
と共に、それが更に圧縮されて高温化された後に、上記
副噴口から微粒化された燃料が噴射されて、それが蒸発
されて上記高温圧縮空気のスワールど混合して予混合気
と燃料フィルムを形成し、それらが急激な燃焼に至った
後、その燃焼ガスの一部が主燃焼室に流出されそれによ
って燃焼室内の圧力上野を抑制し機関が高負荷時には上
記主燃焼室内に噴射され、そこぐ蒸発された燃料の一部
の予混合気が上記燃焼ガスの一部によって着火され、さ
Ｉうに主燃焼室内に生成される残りの燃料の燃料フィル
ムを緩慢に燃焼させて低Ｑ荷時の着火性を向上させると
共に未燃焼生成４１７１　（＋−Ｉ　Ｃ）と青白煙を抑
制し且つ低負荷から高負荷の広範囲に至って燃焼学内の
圧力上昇を抑制し緩慢な燃焼を実現して静粛性と燃料消
費率の向上を達成するものである。
［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図に示寸如り、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
着外してそれを開閉するテーパ部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？￥部１２を収容し、これが開放されることにより
燃料を第１図に示づ如く主燃焼室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すべ（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のリフト吊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、それぞれ燃焼室２．３内に供給さ
れるものである。
ところで、上記の如く形成される副燃焼室３内には、大
気温が低１（２５℃以下）であっても、副燃焼室３内に
吸入される吸入空気を１３温に上昇させ着火性を向上さ
せる加熱手段１４が設けられている。
加熱手段１４は例えば第１図及び第２図に示ずように例
えば円柱状のグロープラグから構成されるもので、その
一端部が内燃別間のシリンダヘッド１に設けられ他端部
側が上記副燃焼室３内の略中央部に垂下されて設けられ
ている。従って、副燃焼室３内に吸入され、スワール化
された吸入空気は加熱手段１４が赤熱することによって
均一に温度が上昇され、さらにピストン６の圧縮により
高温のスワールＳが副燃焼室３内に生成され゛ることに
なる。
ゆえに、機関が始動時及び低負荷時にあっては、上記加
熱手段１４によって副燃焼室３内に吸入されたスワール
Ｓ化された吸入空気の渇Ｋｌが上昇され、また圧縮熱に
よってそれを更に高温化できるので、上記燃料噴射ノズ
ルの０１噴口１１より噴射された燃料噴霧は上記スワー
ルＳ化された高温圧縮空気により蒸発されて着火性に優
れた予混合気を生成し、これが着火することによって、
上記副燃焼室３の内壁３ａに沿って流れる燃料フィルム
Ｆを急激に燃焼させるものである。
以下、本発明の作用について説明する。
機関が始動時に置いて寒冷地方のように一２５℃以下に
大気温が低下しいる場合には、副燃焼室３内に燃料噴射
ノズル４の副噴口１１より燃料噴霧を着火燃焼させるた
めに、上記加熱手段１４を赤熱させることによって、図
示されないスワールポートより吸入されてスワール化さ
れた吸入空気を温度上昇させる。これは、吸入空気が圧
縮されながら上記加熱手段１４の周側部に？ａってスワ
ールＳ方向に流れ、それによる発散熱によって湿度上昇
されると共に、圧縮によって更に高温化され上記副燃焼
室３内の噴射される燃料を蒸発着火させるに必要な１品
麿まで上昇させられることになる。
まＩＣ１副燃焼室３の容積は主燃焼室２に対して１７８
に形成されるために空燃比が高く着火性に優れている。
ゆえに、上記ＤＪ噴口１１より噴射された燃料噴霧はｎ
１燃焼室３の内壁３ａに旦つスワールＳ方向に流れる燃
焼フィルムＦを形成し、これが上記高温圧縮空気によっ
て蒸発されて着火性に優れる予混合気を生成する。従っ
て、その予混合気が着火され燃料フィルムＦに火炎伝播
されて好適な燃焼が（りられる。
更に、低負荷時に置いては、副燃焼室３の内壁３ａは既
に加熱された状態にあるため、副噴口１１　　１より噴
射される燃料噴霧は第５図に示す如く、副燃焼室３の内
壁３ａにγａっでスワールＳ方向に燃料フィルムＦを形
成Ｊると共に、その燃料フィルムＦを内壁３ａの発散す
る熱によって蒸発さＶ上記予混合気を生成することにな
る。また、噴口径を小さく設定されたＳＰＩ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ｔ！ｌｌＯり圧縮された高温空気中で瞬時に蒸発
着火づる。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、又副燃焼室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、それによって燃焼温度
が上昇し、青白煙の発生及び燃焼未窪物（ＨＣ）の生成
を抑制できることになる。さらに、高角荷時には、第７
図に示す如く主噴口１３が開放され、これにより主燃焼
室２の内壁２ａに且つスワールＳ方向に上記副噴口１１
より燃料噴霧と比較して大径であり員微力に浸れた燃料
が噴射され、その噴射量は最下負荷時に全燃料噴射量の
９０％以上を占める。
ゆえに、主燃焼室２内には、副燃焼室３と同様に燃料フ
ィルムＦと燃料予混合気が生成され、これが上記副燃焼
室２内よりの燃焼ガスの一部によって着火遅れな（、速
やかに着火され、残りの燃料フィルムＦがスワールＳ方
向に火炎伝播されて第８図に示す如（緩慢燃焼を達成し
且つ騒音を大幅に低減することができる。また主噴口１
３より噴射される燃料は、副燃焼室２内の燃焼ガスが主
燃焼室２内に既に噴射されているためそのガスによって
噴射される燃料を防げることはない。また主燃焼室２内
に生成される予混合気は、上記副燃焼室３の容積の８倍
であり、噴射される燃料が多いため過剰な予混合気は生
成されず責常燃焼は抑制されることになる。
第９図は従来のＭΔＮ−Ｍ方式機関と本光明の実施例と
の比較を示ず図であり、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ＭΔＮ−Ｍ
方式機関（ρ１）に対して本発明の実施Ｉ１ｇ（Ｐ２＞
はＩｉｉ’Ｊ　Ｉｆｌｏｌｌより噴射される燃料の着火
時期が早く、しかも主唱ｌ］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
１ｊＱ　１３１１（Ｐｌ）よりは滑かな線図を呈してい
る。これは緩慢燃焼が達成されたことを示Ｊしのぐある
。また図、示される如く副噴［１１１よりの燃料が確実
に着火されている時に主噴口１３から燃料が噴射され、
それが速やかに着火されていることも確認ぐきる。
［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浸れた
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、その燃焼温度によって青白
煙を抑制し、且つ燃焼未燃物（ＨＣ）を低減できる。
（２）　　主燃焼室と副燃焼室とに連通ずる連通部分を
設けたで、副燃焼室内の燃焼ガスが主燃焼室内に侵入し
て、主燃焼室内に噴射に１発された予混合気及び燃料フ
、Ｃルムに着火燃焼させて速やか且つ緩慢燃焼を；ヱ成
できるので、低負荷から高Ω夕Ｉに至る広範囲の負伺領
域ぐ騒音を防止でき、静粛なる直噴式ディーぎル謀焼室
を提供できる。
（３）　　加熱手段であるグ【コープフグをｊ〜１燃焼
室内に垂下して設置ノだので寒冷地に於Ｃノる人気渇く
一２５℃以下）が低下しても着火して機関を始動させ、
円滑な燃焼を達成できる。
（４）　　低レタン価またはアルコールが混合された低
７１燃料を使用ぐきる。
【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及び加熱手段と燃わ１噴射ノズ
ルの噴射方向を示づ１１１ｔ１３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図の燃料噴射ノ
ズルの１既略断面図、第５図乃至第８図は本発明の燃焼
室の着火燃焼を示す図、第９図は従来のＭＡＮ−Ｍ方式
別、関と本発明の実施例との比較を示Ｖ指圧線図、第１
０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３
ア、４は燃料用（１１ノスル、１１は副噴口、１３は主
噴口、１４は加熱手段ぐある。 １、ｒ許出願人　　いり誓自動車株式会社代理人弁理士
　絹　　谷　　信　　雄 第１図　　。 第２図 第３図 第９図 第１１図 第１２図 ２６′２色２４０’ｂ 手続ネ市正書（自発） 昭和６０年１０月２９日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示　　　特願昭５９−２１０５２０号２、
発明の名称　　　直噴式ディーゼル燃焼室３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 （０１７）　　いづイ自動車株式会社 ４、代理人 郵便番号　１０５ 東京都港区愛宕１丁目６番７号 愛宕山弁護士ビル 電話（０３）　４３６−３７４４　（代表）（６８０２
＞　　弁理士　糸口　　谷　　イ言　　雄５、補正命令
の日付 自　　　発 ６、補正の対象 明細書〈発明の詳細な説明の欄） ７、補正の内容

Claims (6)

    【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
    頂部に形成された副燃焼室と、該副燃焼室内に設けられ
    た加熱手段と、上記主燃焼室内に燃料を噴射する主噴口
    を有すると共に、該主噴口が閉じた時に上記副燃焼室内
    に燃料を噴出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燃焼室。
  2. （２）上記加熱手段がグロープラグより構成され、その
    一端がシリンダヘッドに設けられ他端が上記副燃焼室内
    に垂下されて設けら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燃焼室。
  3. （３）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項に記
    載の直噴式ディーゼル燃焼室。
  4. （４）上記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、互い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燃焼室。
  5. （５）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
    に記載の直噴式ディーゼル燃焼室。
  6. （６）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
    室の内壁に且つその主燃焼室内に生成されるスワール方
    向に、また副噴口を上記副燃焼室の内壁に且つその副燃
    焼室内に生成されるスワール方向に臨ませた上記特許請
    求の範囲第１項又は第５項いずれかに記載の直噴式ディ
    ーゼル燃焼室。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0227935A2 (en) * 1985-11-21 1987-07-08 Isuzu Motors Limited Combustion chamber in internal combustion engine
JPS63195375A (ja) * 1987-02-09 1988-08-12 Hino Motors Ltd アルコ−ルエンジン

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0227935A2 (en) * 1985-11-21 1987-07-08 Isuzu Motors Limited Combustion chamber in internal combustion engine
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