JP2001152858A - ディーゼルエンジンのうず室式燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 うず室内の隅々にまで旋回うず流を発生させ
て燃焼の改善を図る。 【解決手段】 主燃焼室２とうず室５とを噴孔６で連通
し、上記噴孔６を単一の主噴孔７とこの主噴孔７に沿わ
せて配置した複数の副噴孔８・８とから構成し、上記主
燃焼室２から噴孔６を経てうず室５内に流入する気流Ａ
により、上記うず室５の内面に沿って旋回する旋回うず
流１１を生成するように構成する。上記主噴孔７の左右
の最外両脇に沿わせて配置した各副噴孔８・８を、主噴
孔７の中心軸線２７に対して左右双曲状に湾曲させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンのうず室式燃焼室に関し、特にうず室内の隅々にまで
旋回うず流を発生させて、燃焼の改善を図る技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンのうず室式燃焼室の
従来技術としては、例えば図５に示すものがある。ここ
で、図５は従来例に係るうず流式燃焼室を示し、図５
（Ａ）はうず室の下半部を構成する噴孔口金の縦断面
図、図５（Ｂ）はその噴孔口金の要部拡大縦断面図、図
５（Ｃ）は噴孔の斜視図、図５（Ｄ）は噴孔口金を下方
より中心軸線の方向に見た噴孔の模式図、図５（Ｅ）は
噴孔口金を下方より見た噴孔の底面図、図５（Ｆ）はう
ず室の縦断正面図、図５（Ｇ）はうず流式燃焼室の縦断
側面図である。

【０００３】この従来例は次のように構成されている。
即ち、図５（Ｆ）（Ｇ）に示すように、主燃焼室１０２
とうず室１０５とを噴孔１０６で連通し、上記主燃焼室
１０２から噴孔１０６を経てうず室１０５内に流入する
気流により、うず室１０５の内面に沿って旋回する旋回
うず流１１１を生成するように構成されている。このう
ず室１０５は、シリンダ中心軸線１２６から大きく偏位
した位置に設けられている。

【０００４】上記噴孔１０６は、図５（Ａ）〜（Ｅ）に
示すように、単一の主噴孔１０７と二つの副噴孔１０８
とから構成され、各副噴孔１０８は主噴孔１０７の全長
にわたってその両脇に沿わせて配置されている。上記旋
回うず流１１１は、図５（Ｆ）に示すように、圧縮行程
において主噴孔１０７で生成される主うず流１１４と、
副噴孔１０８で生成される副うず流１１５とから構成さ
れ、主うず流１１４はうず室１０５の中央部内壁に沿っ
て旋回し、副うず流１１５はその主うず流１１４の両脇
に沿って旋回する。

【０００５】上記従来技術によれば、燃料噴射ノズル１
０４から噴射された燃料１１３が旋回うず流１１１によ
って空気と良好に混合され、かなり良好な燃焼性能が得
られるが、発明者が鋭意研究した結果によれば、なお、
次の点で改善の余地がある。即ち、主うず流１１４の両
脇に沿って旋回する副うず流１１５のさらに両脇に旋回
うず流の停滞域が認められる。これは、主うず流１１４
に対して副うず流１１５の流速が遅いうえ、当該副うず
流１１５の左右両脇への広がりが小さいためと思われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】排気ガスの規制強化に
適応させるためには、副うず流の左右両脇に旋回うず流
の停滞域が生じるのを無くして渦流効率を高め、燃焼効
率の向上、ひいては、青白煙の解消、排気ガス中の有害
物質の低減、ノッキングの低減、着火性の向上等を図る
必要がある。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その技術課題は、副うず流の左右両脇に旋回う
ず流の停滞域が生じるのを無くし、うず室内の隅々にま
で旋回うず流を発生させて、燃焼の改善を図ることがで
きるディーゼルエンジンのうず室式燃焼室を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下のように構成される。請求項１に記載
の発明は、主燃焼室２とうず室５とを噴孔６で連通し、
上記噴孔６を単一の主噴孔７とこの主噴孔７に沿わせて
配置した複数の副噴孔８・８とから構成し、上記主燃焼
室２から噴孔６を経てうず室５内に流入する気流Ａによ
り、上記うず室５の内面に沿って旋回する旋回うず流１
１を生成するように構成したディーゼルエンジンのうず
室式燃焼室において、上記主噴孔７の左右の最外両脇に
沿わせて配置した各副噴孔８・８を、主噴孔７の中心軸
線２７に対して左右双曲状に湾曲させて形成したことを
特徴としている。ここで、「左右」とは、旋回うず流１
１の進行方向の左右を意味する（以下、同じ）。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
したディーゼルエンジンのうず室式燃焼室において、上
記うず室５の噴孔寄り内面Ｓｂに上記旋回うず流１１を
噴孔６の左右両側へ分流する膨出部１０を形成したこと
を特徴としている。

【０００９】

【発明の作用・効果】（イ）請求項１に記載の発明で
は、主噴孔７の左右の最外両脇に沿わせて配置した各副
噴孔８・８を、主噴孔７の中心軸線２７に対して左右双
曲状に湾曲させて形成したことから、上記副うず流１５
の一部分は主うず流１４に引き込まれてその両脇に沿っ
て旋回するが、他の大部分は主噴孔７の中心軸線２７に
対して左右双曲状に湾曲している各副噴孔８・８により
左右に広がり、うず室５内の隅々にまで旋回うず流が行
き亙る。つまり、副うず流の流速が弱くとも、それらの
両脇に旋回うず流の停滞域が生ずることは無くなる。

【００１０】（ロ）請求項２に記載の発明では、図２
（Ａ）（Ｂ）に示すように、上記うず室５の噴孔寄り内
面Ｓｂに旋回うず流１１を噴孔６の左右両側へ分流する
膨出部１０を形成したことから、上記旋回うず流１１
は、上記膨出部１０により噴孔６の手前で左右に分流さ
れ、噴孔６から流入する強い気流Ａとの衝突が回避され
る。これにより、噴孔６の手前で旋回うず流１１の停滞
域が生じることも無くなる。

【００１１】（ハ）また、請求項２に記載の発明では、
図２（Ｂ）に示すように、噴孔６の手前で左右に分流し
たうず流１４ａ・１４ｂは、減速されることなく噴孔６
から流入した気流Ａの両脇に沿って円滑に流れ、左右両
脇の副うず流１５・１５を補強する。これにより、中央
の主うず流１４に対する副うず流１５・１５の強度バラ
ンスが均等化され、従来例と比較してうず室５内での燃
料と空気の混合が一層良好になり、燃焼が著しく改善さ
れる。従って、渦流効率が高まり、燃焼効率の向上、青
白煙の解消、排気ガス中の有害物質の低減、ノッキング
の低減、着火性の向上等を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第１の実
施形態に係るうず流式燃焼室を示し、図１（Ａ）はその
燃焼室の要部縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＢ
−Ｂ線矢視縦断面図、図１（Ｃ）は噴孔の斜視図、図１
（Ｄ）は噴孔口金を下方より見た噴孔の底面図である。

【００１３】このうず流式燃焼室は、従来例と同様の基
本構成を備えている。即ち、主燃焼室２とうず室５の下
半部とを噴孔６で連通し、上記主燃焼室２から噴孔６を
経てうず室５内に流入する気流Ａにより、球状のうず室
５の内面に沿って旋回する旋回うず流１１を生成するよ
うに構成されている。上記うず室５は、図１（Ａ）に示
すように、シリンダヘッド３の肉壁部２２に内設され、
シリンダ中心軸線２６から大きく偏位している。また、
上記うず室５の上半部には燃料噴射ノズル４が臨ませて
ある。

【００１４】上記うず室５の下半部は噴孔口金２４に形
成され、この噴孔口金２４は、シリンダヘッド３の上記
肉壁２２内の下半部に凹設した凹入部２３にその下側か
ら嵌入されている。上記うず室５は、半球状の上半部内
面Ｓａと、噴孔口金２４に形成された半球状の下半部内
面Ｓｂとから区画形成されている。上記噴孔６は、噴孔
口金２４に開口され、その中心軸線２７は主燃焼室２の
中央寄りに向けて傾斜されている。その中心軸線２７と
噴孔口金２４の底面Ｈ（主燃焼室２の噴孔側端面）とが
なす傾斜角度θは、４０°〜５０°の範囲に設定され、
４５°のときに最強の旋回うず流１１を生成する。この
噴孔６は、図１（Ｃ）（Ｄ）に示すように、単一の主噴
孔７と二つの副噴孔８とから構成され、各副噴孔８は主
噴孔７の全長にわたってその両脇に沿わせて配置されて
いる。

【００１５】図１（Ｃ）に示すように、主噴孔７は円柱
形に形成され、各副噴孔８はその周面をうず室５に近づ
くにつれて、次第に内径が小さくなるように形成され、
噴孔６の通路断面積がうず室５に近づくにしたがって次
第に縮小するように構成されている。上記構成によれ
ば、図１（Ａ）に示すように、圧縮行程で主燃焼室２か
ら噴孔６を経てうず室５に流入する強い気流Ａにより、
うず室５の内面に沿って旋回する旋回うず流１１が形成
される。上記旋回うず流１１は、前述したように主噴孔
７で生成される主うず流１４と、副噴孔８で生成される
副うず流１５とから構成され、主うず流１４はうず室５
の中央部内壁に沿って旋回し、副うず流１５はその主う
ず流１４の両脇に沿って旋回する。

【００１６】この実施形態では、燃焼の改善を図るた
め、次のような特徴構成を採用した。即ち、図１（Ｃ）
（Ｄ）に示すように、主噴孔７の左右両脇に沿わせて配
置した各副噴孔８・８が、主噴孔７の中心軸線２７に対
して左右双曲状に湾曲して形成されている。これは、副
うず流の一部分１５が主うず流１４に引き込まれてその
両脇に沿って旋回するが、他の大部分１６は主噴孔７の
中心軸線２７に対して左右双曲状に湾曲している各副噴
孔８・８により左右に広がり、うず室５内の隅々にまで
旋回うず流が行き亙るように意図したものである。これ
により、副うず流１５の流速が弱くとも、その両脇にう
ず流の停滞域が生ずるのを解消する。

【００１７】図２は本発明の第２の実施形態に係るうず
流式燃焼室を示し、図２（Ａ）はその燃焼室の要部縦断
面図、図２（Ｂ）はうず室の下半部を構成する噴孔口金
の平面図、図２（Ｃ）は噴孔口金を下方より見た噴孔の
底面図である。この実施形態では、左右双曲状に湾曲し
ている副噴孔８・８に加えて、図２（Ａ）（Ｂ）に示す
ように、上記うず室５の噴孔寄り内面（下半部内面）Ｓ
ｂに、旋回する主うず流１４を噴孔６の左右両側へ分流
する膨出部１０が形成されている。

【００１８】これは、噴孔６の手前（旋回方向の上手
側）に形成した上記膨出部１０が、旋回する主うず流１
４を左右に分流することで、当該主うず流１４が噴孔６
から流入する強い気流Ａと衝突するのを回避させ、噴孔
６の手前で旋回うず流１１の停滞域が生ずるのを無くす
るとともに、上記膨出部１０がうず室５内のデットスペ
ースを極力小さくして圧縮比を高めつつ、効率的な容積
比を確保できるようにすることを意図したものである。

【００１９】上記膨出部７は、図２（Ｂ）に示すよう
に、噴孔６の手前にその頂点を有する緩やかな凸状曲面
で左右対称に形成され、その裾野部分は、うず室２の内
面Ｓｂと滑らかに連続するように形成されている。これ
は、上記膨出部１０が、主うず流１４に対する流速抵抗
を小さくして、主うず流１４が噴孔６の手前で左右に分
流されるときに無用な乱流が生じるのを防止することを
意図したものである。

【００２０】即ち、左右に分流された主うず流１４ａ・
１４ｂは、減速されることなく噴孔６から流入した気流
Ａの両脇に沿って円滑に流れ、左右両脇の副うず流１５
・１５を補強する。これにより、中央の主うず流１４に
対する両脇の副うず流１５・１５の強度バランスが一層
均等化され、うず室５内での燃料と空気の混合が一層良
好になり、燃焼が著しく改善される。従って、渦流効率
が高まり、燃焼効率の向上、青白煙の解消、排気ガス中
の有害物質の低減、ノッキングの低減、着火性の向上等
を図ることができる。

【００２１】一般に、うず室５は旋回うず流が燃焼の改
善に寄与する点でプラス要素となり、ディーゼルエンジ
ンの圧縮比を高める上でマイナス要素となるが、上記膨
出部１０は、うず室５内のデットスペースを極力小さく
して圧縮比を高め、効率的な容積比を確保する上で大い
に寄与する。

【００２２】図３は本発明の第３の実施形態を示し、図
３（Ａ）はうず室の要部の縦断面図、図２（Ｂ）はその
うず室の要部縦断正面図、図２（Ｃ）は噴孔の斜視図、
図２（Ｄ）は噴孔口金を下方より見た噴孔の底面図であ
る。この実施形態では、第２の実施形態と同様に、うず
室５の下半部内面Ｓｂに、主うず流１４を噴孔６の左右
両側へ分流する膨出部１０が形成され、図３（Ｃ）
（Ｄ）に示すように、主噴孔７の左右両脇に添わせてそ
れぞれ二組の副噴孔８ａ・８ｂが配置されている。

【００２３】内側両脇に配置した上記一対の副噴孔８ａ
・８ａは、その軸線が図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、
うず室５内の上下左右方向の中間部で、前後方向の後方
寄り交差部Ｋで交差するように形成され、外側両脇に配
置した上記一対の副噴孔８ｂ・８ｂは、主噴孔７の中心
軸線２７に対して左右双曲状に湾曲させて形成されてい
る。

【００２４】これは、内側両脇の副噴孔８ａ・８ａによ
り生成される副うず流１５・１５を上記交差部Ｋで衝突
させ、外側両脇の副噴孔８ｂ・８ｂにより生成される副
うず流１６・１６を上記副うず流１５・１５の左右に広
げ、うず室５内の隅々にまで旋回うず流が行き亙るよう
に意図したものである。この実施形態においても、前記
膨出部１０により左右に分流された主うず流１４ａ・１
４ｂが、内側両脇の副うず流１５・１５を補強し、噴孔
６の手前で旋回うず流１１の停滞域が生ずるのを無く
し、上記副うず流１５・１５の両脇に停滞域が生ずるの
を解消する。

【００２５】図４は本発明の第４の実施形態に係るうず
流式燃焼室の要部断面図である。これは、第２の実施形
態に係るうず流式燃焼室を横型ディーゼルエンジンに適
用したものである。即ち、この実施形態では、主燃焼室
２とうず室５とを噴孔６で連通し、上記主燃焼室２から
噴孔６を経てうず室５内に流入する気流Ａにより、球状
のうず室５の内面に沿って旋回する旋回うず流１１を生
成するように構成されている。また、主噴孔７の左右両
脇に沿わせて配置した各副噴孔８・８は、主噴孔７の中
心軸線２７に対して左右双曲状に湾曲して形成されてい
る。さらに、噴孔口金２４の内面（噴孔寄り内面）Ｓｂ
にも、主うず流１４を噴孔６の左右両側へ分流する膨出
部１０が形成されている。

【００２６】この第４の実施形態によれば、上記膨出部
１０がうず室５内の下部に生ずる燃料溜まりを小さくし
て、寒冷時や冷始動時の着火ミスを解消する。即ち、横
型ディーゼルエンジンにおいては、寒冷時や冷始動時に
噴射器４から噴射された燃料がうず室５内の下部に溜ま
り易く、着火ミスにより青白煙や燃焼不良を招来するこ
とがある。しかし、この第４の実施形態によれば、噴孔
口金２４の内面（噴孔寄り内面）Ｓｂに上記膨出部１０
を形成することで、上記不都合を解消することができ
る。

【００２７】本発明の実施形態に係るうず流式燃焼室の
内容は以上の通りであるが、本発明の内容は上記実施形
態に限定されるものではない。即ち、第３の実施形態で
は、左右の内側両脇に配置した一対の副噴孔８ａ・８ａ
を、その軸線が交差するように形成したが、少なくとも
左右の最外両脇に配置した副噴孔８ｂ・８ｂを主噴孔７
の中心軸線２７に対して左右双曲状に湾曲させればよ
く、内側両脇に配置した副噴孔８ａ・８ａについては、
適宜変更を加えても差し支えない。

【００２８】また、旋回うず流１１を噴孔６の左右両側
へ分流する膨出部１０は、うず室５の噴孔寄り内面に形
成したものであればよく、噴孔口金２４の内面Ｓｂに限
らず、うず室５を形成する上半部内面Ｓａと下半部内面
Ｓｂとにわたって形成しても差し支えない。また、上記
膨出部１０の形状も、例示したものに限らず、例えば、
噴孔６に向けて末広がり形状としてもよい。

【００２９】さらに、主噴孔７を楕円柱状、四角柱状、
又は三角柱状としたり、あるいは、うず室５側と主燃焼
室２側とで異なる開口形状にしたり、主噴孔７をうず室
５に向かって縮小するテーパ形状としたり、さらには、
副噴孔８を、円柱状、楕円柱状、又は角柱状としても差
し支えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るうず流式燃焼室
を示し、図１（Ａ）はそのうず流式燃焼室の要部縦断面
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視縦断面
図、図１（Ｃ）は噴孔の斜視図、図１（Ｄ）は噴孔口金
を下方から見た噴孔の底面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るうず流式燃焼室
を示し、図１（Ａ）はそのうず流式燃焼室の要部縦断面
図、図１（Ｂ）は噴孔口金の平面図、図１（Ｃ）は噴孔
口金を下方から見た噴孔の底面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係るうず室を示し、
図３（Ａ）はそのうず室の縦断面図、図３（Ｂ）はその
うず室の縦断正面図、図３（Ｃ）は噴孔の斜視図、図３
（Ｄ）は噴孔口金を下方より見た噴孔の底面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係るうず流式燃焼室
の要部断面図である。

【図５】従来技術に係るうず流式燃焼室を示し、図５
（Ａ）は噴孔口金の縦断面図、図５（Ｂ）はその噴孔口
金の要部拡大縦断面図、図５（Ｃ）は噴孔の斜視図、図
５（Ｄ）は噴孔口金を下方より中心軸線の方向に見た噴
孔の模式図、図５（Ｅ）は噴孔口金を下方より見た噴孔
の底面図、図５（Ｆ）はうず室の縦断正面図、図５
（Ｇ）はうず流式燃焼室の縦断側面図である。

【符号の説明】

２…主燃焼室、５…うず室、６…噴孔、７…主噴孔、８
・８ａ・８ｂ…副噴孔、１０…膨出部、１１…旋回うず
流、１４…主うず流、２７…主噴孔の中心軸線、Ａ…気
流、Ｓａ・Ｓｂ…うず室の内面、Ｓｂ…噴孔寄り内面
（噴孔口金の内面）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主燃焼室（２）とうず室（５）とを噴孔
   （６）で連通し、上記噴孔（６）を単一の主噴孔（７）
   とこの主噴孔（７）に沿わせて配置した複数の副噴孔
   （８・８）とから構成し、上記主燃焼室（２）から噴孔
   （６）を経てうず室（５）内に流入する気流（Ａ）によ
   り、上記うず室（５）の内面に沿って旋回する旋回うず
   流（１１）を生成するように構成したディーゼルエンジ
   ンのうず室式燃焼室において、 上記主噴孔（７）の左右の最外両脇に沿わせて配置した
   各副噴孔（８・８）を、主噴孔７の中心軸線（２７）に
   対して左右双曲状に湾曲させて形成した、ことを特徴と
   するディーゼルエンジンのうず室式燃焼室。
2. 【請求項２】 請求項１に記載したディーゼルエンジン
   のうず室式燃焼室において、 上記うず室（５）の噴孔寄り内面（Ｓｂ）に上記旋回う
   ず流（１１）を噴孔（６）の左右両側へ分流する膨出部
   （１０）を形成した、ことを特徴とするディーゼルエン
   ジンのうず室式燃焼室。