(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダヘッドの間の主燃焼室の一側上部に渦流室を配設するとともに渦流室から主燃焼室の中央部に向けて斜めに開口する噴口を形成し、渦流室に燃料を噴射する噴射ノズルを配置した渦流室式ディーゼル機関において、噴口を通路断面積の大きい主噴口とこの主噴口のシリンダ周方向両側に連通させて形成した通路断面積の小さい一対の副噴口とで構成し、噴射ノズルをその軸線が渦流室の略中心を通って主噴口の渦流室側開口端の略中心を通るように配設し、副噴口の軸芯をシリンダ軸芯方向で見て互いに略平行で、かつ、主噴口の軸芯よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜角を大きく設定し、副噴口は渦流室に向けて通路断面積が減少するテーパ状をなしたことを特徴とする渦流室式ディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主燃焼室に噴口を介して連通された渦流室を有するとともにその渦流室に燃料の噴射ノズルが配置された渦流室式ディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の渦流室式ディーゼル機関、主に４サイクルディーゼル機関においては、図４に示すように、シリンダ２１内のピストン２２とシリンダヘッド２３の間の主燃焼室２４の上部一側に位置するようにシリンダヘッド２３に渦流室２５が形成され、この渦流室２５から主燃焼室２４の中央部に向けて斜めに噴口２６が形成され、かつ渦流室２５内に燃料を噴射する噴射ノズル２７が配置されている。
【０００３】
噴口２６は通常長円形ないし長方形の断面形状とされており、噴射ノズル２７はピストン２２の上昇に伴って噴口２６から空気が流入して渦流室２５内に強い渦流が発生するためにその流入空気の渦流方向に沿って渦流室２５の内壁面に向けて燃料を噴射するように配置されている。また、ピストン２２の上面には、図５に示すように、噴口２６から噴出する主として燃焼ガス及び蒸発した未燃焼ガスと空気の混合ガスを主燃焼室２４全体に円滑に拡散・燃焼伝播させるために二葉形状の窪み部２８が形成されている。図４、図５において、２９はシリンダヘッド２３に設けられた一対の排気口、３０は排気バルブである。
【０００４】
また、特公平２−５０２９５号公報には、通路面積の広い主噴口とその両側の通路面積の狭い一対の溝状の副噴口とをそれらの中心線が互いに平行するように形成した噴口を設け、かつ主噴口はその両端開口がシリンダ中心線方向に重合し、副噴口はその両端開口がシリンダ中心線方向に重合しないようにし、さらに一対の副噴口の中心を結ぶ平面が主噴口の中心線よりもシリンダ半径方向の外側に位置するように構成したものが開示されている。このような構成によると、圧縮行程の初期では空気流の流速が遅いので絞り抵抗の低い主噴口を通って渦流室の中心線に沿う方向で渦流室に空気が流入し、圧縮行程の後期ではシリンダヘッド下面とピストン上面の狭い空間に案内されて渦流室中心線に対して大きく傾斜した方向で主噴口を通って渦流室に空気が流入するととともに、流速の上昇に伴ってシリンダ中心線方向に重合しない副噴口からも渦流室に流入して、空気が渦流室中心線に対して大きく傾斜した方向で流入して渦流を形成し、その結果圧縮行程が進行するにつれて方向が異なる空気流が渦流室に流入することによって混合気形成が促進される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した構成の渦流室２５では、小型のディーゼル機関の渦流室２５は小さいために、噴射ノズル２７から噴射された燃料が渦流にすべて混合されることなく、渦流室の壁面に燃料が付着し、燃料と空気との混合が不十分になり、渦流室内での混合気形成が完全に行われないという問題がある。その結果、急激な燃焼となって燃焼性能が低下するとともに、燃焼音が大きくなり、未燃焼ガスやスモークの排出量が多くなるという問題があった。
【０００６】
又、上記特公平２−５０２９５号公報に開示された噴口構造によれば、このような問題をある程度解消できることが考えられるが、圧縮行程初期には空気流が渦流室の中心線方向に流入するので渦流形成能が小さく、圧縮行程後期においても主噴口と副噴口が平行に形成されているので、渦流室中心線に対して大きく傾斜した方向に空気が流入するにしても流入空気の流れがすべて同一方向となるため、混合気形成効果がやはり十分でなく、同様の問題を生じる恐れがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、十分大きな混合気形成効果が得られ、出力性能が高く、燃焼音が低く、未燃焼ガスやスモークの排出の少ない渦流室式ディーゼル機関を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の渦流室式ディーゼル機関は、ピストンとシリンダヘッドの間の主燃焼室の一側上部に渦流室を配設するとともに渦流室から主燃焼室の中央部に向けて斜めに開口する噴口を形成し、渦流室に燃料を噴射する噴射ノズルを配置した渦流室式ディーゼル機関において、噴口を通路断面積の大きい主噴口とこの主噴口のシリンダ周方向両側に連通させて形成した通路断面積の小さい一対の副噴口とで構成し、噴射ノズルをその軸線が渦流室の略中心を通って主噴口の渦流室側開口端の略中心を通るように配設し、副噴口の軸芯をシリンダ軸芯方向で見て互いに略平行で、かつ、主噴口の軸芯よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜角を大きく設定し、副噴口は渦流室に向けて通路断面積が減少するテーパ状をなしたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、圧縮工程において主燃焼室から噴口を通って渦流室に空気が流入することにより渦流室に渦流が形成され、その状態でピストンが上死点の近傍に到達して噴射ノズルから渦流室に燃料が噴射されると、渦流室の略中心を通って主噴口の略中心に向けて噴射された燃料が主噴口の開口近くで主燃焼室から流入する空気流によって吹き返されることにより渦流室内に拡散して混合気が形成され、さらに主噴口と、この主噴口の周方向両側に連通しシリンダの軸芯方向で見て互いに略平行な一対の副噴口との傾斜角が異なっているために異なった方向の空気流が渦流室に流入するので渦流室全体に混合気形成が効果的に促進され、特にシリンダ軸芯方向に対する傾斜角が大きくかつ渦流室へ向けたテーパ形状にて流速を速める一対の副噴口によって渦流室の壁面に沿う空気流れが圧縮行程の早い時点から形成されているために混合気を渦流室全体に拡散させることができ、従って渦流室全体にわたって混合気形成が完全に行われ、良好な燃焼状態を得ることができる。従って、出力性能が向上し、燃焼音も低くなり、未燃焼ガスやスモークの排出も少なくできる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１〜図３を参照して説明する。
【００１１】
図１において、１はシリンダブロック、２はシリンダ、３はピストン、４はシリンダヘッドである。５はシリンダ２内のピストン３とシリンダヘッド４の間の主燃焼室である。シリンダヘッド４には、主燃焼室５の上部一側に縦長の球形の渦流室６が形成され、かつこの渦流室６から主燃焼室５の中央部に向けて斜めに噴口７が形成されている。渦流室６にはその内部に燃料を噴射する噴射ノズル８が配設されている。９は、噴口７から噴出する主として燃焼ガス及び蒸発した未燃焼ガスと空気の混合ガスを主燃焼室５全体に円滑に拡散・燃焼伝播させるためにピストン３の上面に形成された二葉形状の窪み部であり、１０は渦流室６に配設された始動時に着火を助けるためのグロープラグである。
【００１２】
噴口７は、図２に詳細に示すように、大きな径ａを有して通路断面積の大きい主噴口１１と比較的小さな平均径ｂを有して通路断面積の小さい一対の副噴口１２から成るとともに、主噴口１１のシリンダ周方向両側に副噴口１２を連通させて形成して構成されており、かつ副噴口１２の軸芯Ｏ2 は主噴口１１の軸芯Ｏ1 よりもシリンダ軸芯方向に対する傾斜角がθ°だけ大きく設定されている。さらに副噴口１２は、噴口７の傾斜方向に沿う面と平行な方向、即ちシリンダ周方向と直交する方向の幅が、主燃焼室５側では副噴口１２の中間部での径ｂよりもα1 だけ大きいｂ＋α1 となり、渦流室６側では中間部での径ｂよりもα2 だけ小さいｂ−α2 となるようなテーパ状に形成されている。
【００１３】
また、噴射ノズル８はその軸線が渦流室６の略中心Ｏを通って主噴口１１の渦流室６側開口端の略中心Ｐを通るように配設され、この噴射ノズル８から主噴口１１の渦流室６側開口端の略中心Ｐに向けて燃料を噴射するように構成されている。
【００１４】
以上の構成において、シリンダ２内をピストン３が上昇すると、シリンダ２内の空気が圧縮されるとともにそれに伴って噴口７から渦流室６内に空気が流入して渦流室６内に強い渦流が発生する。そして、ピストン３が上死点近傍（例えば上死点の手前２０°）に到達すると噴射ノズル８から燃料が噴射される。
【００１５】
その際に、燃料が渦流室６の略中心Ｏを通って主噴口１１の略中心Ｐに向けて噴射されるので、噴射された燃料は主噴口１１の開口近くで主燃焼室５から流入する空気流によって強く吹き返されて拡散し、さらに主噴口１１と副噴口１２の傾斜角が異なっているために渦流室６内に向けて異なった方向に空気が流れるので、吹き返された燃料が渦流室６の全体に拡散され、混合気形成が効果的に促進される。また副噴口１２がより渦流室６の壁面に沿う状態に傾斜されるとともにさらに副噴口１２が渦流室６に向けてテーパ状に形成されていて通過する空気の流速が速くなるので、渦流室６の壁面に沿う空気流れが圧縮行程の早い時点から強く形成され、混合気を渦流室６全体に効果的に拡散させることができ、従って渦流室６全体にわたって混合気形成が完全に行われ、燃料を渦流室６内の空気を有効利用して燃焼させ易くかつ急激な燃焼となり難く、また上記のように燃料が主噴口１１からの高温の空気流に直接当たるために着火遅れも短くなるので、良好な燃焼状態が確実に得られる。
【００１６】
こうして、渦流室６で燃料が燃焼することにより、渦流室６の圧力が高くなってその燃焼ガス及び蒸発した未燃焼ガスと空気の混合ガスが噴口７から主燃焼室５の窪み部９に噴出し、さらに主燃焼室５内で引き続いて燃焼し、主燃焼室５の圧力が上昇してピストン３を押し下げる。ピストン３が下死点まで到達すると次に排気行程に入り、ピストン３が上昇を開始するとともに排気バルブが開かれて排気口から燃焼廃ガスが排気され、次に排気バルブが閉じて再びピストン３が下降してシリンダ２内に新気が導入され、その後ピストン３が再び上昇するとシリンダ２内の空気が圧縮されて上記と同様に動作し、以上の動作が交互に繰り返される。
【００１７】
本実施例によれば、以上のように渦流室６全体にわたって混合気形成が完全に行われ、良好な燃焼状態を得ることができ、従って出力性能が向上し、燃焼音も低くなり、未燃焼ガスやスモークの排出も少なくできる。また、副噴口１２が渦流室６内に向けてテーパするテーパ状に形成されているので、主噴口１１に対して副噴口１２を傾斜させながら、製造時の型抜きに支障がなく、容易に製造できるという利点もある。
【００１８】
図３に同じ燃料噴射量でエンジン回転速度数を変化させた場合のスモークの排出量を示す。図３から、上記特公平２−５０２９５号公報のように主噴口と副噴口を平行に形成した従来例に比較して、本発明によれば低中回転速度域でスモークの発生を大幅に低減でき、特に副噴口をテーパ状に形成した場合に効果が大きいことが分かる。
【００１９】
なお、上記実施例の説明では４サイクルディーゼル機関の例を説明したが、本発明は２サイクルディーゼル機関にも適用でき、その場合にも同様の作用効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の渦流室式ディーゼル機関によれば、以上のように噴射ノズルから渦流室の略中心を通って主噴口の略中心に向けて噴射された燃料が主噴口の開口近くで主燃焼室から主噴口を通って流入する空気流によって吹き返され、さらに主噴口と、この主噴口の周方向両側に連通しシリンダの軸芯方向で見て互いに略平行な一対の副噴口との傾斜角が異なっているために異なった方向に流入空気が流れるので、吹きかえされた燃料が渦流室の全体に拡散されて混合気形成が促進され、更に傾斜角が異なり、かつ渦流室へ向けたテーパ形状にて流速を速める一対の副噴口によって渦流室の壁面に沿う空気流れが圧縮行程の早い時点から形成されるために混合気を一層渦流室全体に拡散させることができ、従って渦流室全体にわたって混合気形成が完全に行われ、また、主噴口から流入する高温の空気流に直接噴射燃料が当たるので点火遅れも短くなるので、良好な燃焼状態を得ることができ、従って、出力性能が向上し、燃焼音も低くなり、未燃焼ガスやスモークの排出も少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の渦流室式ディーゼル機関の一実施例の要部の縦断面図である。
【図２】同実施例の噴口部の詳細縦断面図と同図におけるＡ〜Ｃ方向から見た主噴口と副噴口の形状の説明図である。
【図３】同じ燃料噴射量でエンジン回転速度を変化させたときのスモーク排出量を従来例と本発明を比較して示した図である。
【図４】従来例の渦流室式ディーゼル機関の要部の縦断面図である。
【図５】従来例のピストン上面の平面図である。
【符号の説明】
３  ピストン
４  シリンダヘッド
５  主燃焼室
６  渦流室
７  噴口
８  噴射ノズル
１１  主噴口
１２  副噴口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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