JPS6261766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ピストンの頂部に凹部を備えた直接
式デイーゼルエンジン用の燃料噴射装置に係り、
特に、調節器を備え、各シリンダ用の第１噴射器
を伴う第１噴射ポンプと、調節器を備え、各シリ
ンダ用の第２噴射器を伴う第２噴射ポンプとを有
し、第１噴射器をピストン凹部の中心軸上に配置
し、かつ、燃料が該凹部の中心軸のまわりに一様
な分布で中心から外へ向かつて迅速に噴射するよ
うに配置されている燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］および［発明が解決しようとする
問題点］ 上記型式の噴射装置を備えた現在のデイーゼル
エンジンは、この慣用の噴射装置が低圧縮および
高圧縮の両方に対して最適とすることができない
という事実のために大量の有害物質を放出してい
る。この噴射装置は高圧縮用として設計されてい
る結果として、低圧縮では高レベルの炭化水素が
放出される。

［目的］ 本発明の一つの目的は、エンジンからの有害な
放出物を減少することができる燃料噴射装置を提
供することにある。本発明のさらに進んだ目的
は、低いセタン価を有するエンジン燃料、例えば
メタノール、の燃焼を可能にして上記有害放出物
の減少に貢献する噴射装置を提供することであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的は、冒頭に述べた型式の噴射装置に
おいて、第２噴射器を第１噴射器の外側に、円周
状に配置し、かつ、吸入空気の回転（またはか
流）に対向する方向に、内側に燃料を噴射するよ
うに第２噴射器は調整されており、第１および第
２噴射ポンプおよび調節器がエンジンクランク軸
と共働して、第１噴射ポンプと調整器が第１噴射
器を介して燃料の噴射を開始する前に、第２噴射
ポンプと調節器が第２噴射器を介して燃料の噴射
を開始して、第２噴射ポンプからの燃料の燃焼が
第１噴射ポンプからの燃料の燃焼を生ぜしめるこ
とを特徴とする燃料噴射装置である本発明により
達成される。

［作用］ 本発明に係る噴射装置においては、第１噴射ポ
ンプおよび第１噴射器が高圧縮用として、また、
第２噴射ポンプおよび第２噴射器が低圧縮用とし
て最適なものとすることができる。後者によつて
デイーゼル燃料をピストン凹部中の空気か流と対
向する方向へ噴射することにより、燃料を急速に
減速せしめ、そのために燃料は、ピストン凹部の
中心のまわりの環状帯域内で、最小量の混合がな
され（すなわち、混合気は燃料濃度が高く、空気
濃度が低い）、燃料室中の空気によつて移送され
る。この帯域内では燃料滴の濃度が高いために、
圧縮着火のために特に有利な状態を作り出され
る。これは燃料と空気との混合気が着火遅れ段階
の間に過度に希薄に（すなわち、燃料濃度が過度
に低く）ならないという事実のためである。この
帯域の端縁上の小部分だけでは、空気と燃料との
混合気が着火のための濃度範囲外にあるような程
度に、空気と十分に混合されるべき時間を有す
る。このことは、もし第２噴射器だけが無負荷運
転で燃料を噴射するならば、通常の噴射装置を備
えたエンジンと比較して炭化水素の放出が90％減
少して50ppmHCになるという事実によつて示さ
れている。上記帯域中の燃料が高い濃度であるこ
とによる他の結果として、酸素の不足により燃焼
が急速に減速される。この燃焼速度の減少によ
り、騒音レベルを低下させ、かつ、デイーゼル燃
焼を特徴づける高い騒音周波数を減少させる結果
となる。酸素供給を減少した燃焼によつて、煤煙
を生じるので、したがつて、過度に高いレベルの
排出煙を避けるためには、第２ノズルを経て限ら
れた量の燃料だけしか噴射することができない。

第２噴射器からの燃料が燃焼する際に生ずる高
温ガスおよび赤熱した煤煙粒子のこの帯域は、第
１噴射器が高負荷で作動を始める時に、第１噴射
器からの燃料の燃焼を開始せしめる。この理由に
より、第１噴射器からの燃料は低いセタン価を有
する燃料、例えばメタノールでよい。燃焼空気中
で燃料が最大に分散するするように設計された第
１噴射器からの燃料の連続的燃焼は低窒素酸化物
の放出を生ずる。なぜならば、結果としての局部
的高温を伴う燃焼遅れ期間中に集められた空気と
燃料との混合気の大量の自然発火は生じないから
である。

デイーゼルとメタノール燃料についての実験に
よつて窒素酸化物および黒煙の放出が非常に減少
したことが明らかになつた。デイーゼルとデイー
ゼル燃料についての実験によつて、もし高負荷で
第２噴射器を介して燃料がまつたく噴射されない
場合、黒煙の放出を減少することができることが
明らかになつた。

［実施例］ 実施例を示した添付図面を参考として、以下、
本発明について説明する。

第１図に示されたエンジンは調節器２を備えた
第１噴射ポンプ１を有する。このポンプは慣用の
並列ポンプで、供給パイプ３を経て燃料を四孔ノ
ズルを備えた第１噴射器４へ送るものである。ポ
ンプ１は歯車伝動装置および軸５を経てエンジン
のクランク軸により慣用の方法で駆動される。

このエンジンはまた調節器を有する第２噴射ポ
ンプ６をも備えている。第１図に示した実施例に
おいては、第２噴射ポンプ６は分配器ポンプであ
つて、これは配給パイプ７を経て燃料を、単孔ノ
ズルを備えた第２噴射器８へ送るものである。第
２噴射ポンプ６はまた歯車伝動装置を経てエンジ
ンのクランク軸によつても駆動される。リンク仕
掛け９によつて、第２噴射ポンプ６の調節器は第
１噴射ポンプ１の調節器２およびガスペダル１０
に連結されている。第２噴射ポンプ６は二種類の
容量設定が可能である。大きい方の噴射容量は始
動および暖機運転の際だけに用いられ、小さい方
の噴射容量は駆動および無負荷運転の際に用いら
れる。第２噴射ポンプ６はまた回転数に依存する
調節器をも備えて燃料噴射のタイミングを調節す
る。

第１噴射ポンプ１の噴射角は第２噴射ポンプ６
よりもクランク軸の回転で約10゜遅れて設定され
るので、第１燃料噴射ポンプ１から来る燃料は第
２燃料噴射ポンプ６から来る燃料の着火遅れおよ
び着火を妨げない。２つのポンプ調節器は、低負
荷（無負荷運転）で第２燃料噴射ポンプ６だけが
燃料を噴射し、負荷が増加するにつれて、第２燃
料噴射ポンプ６がまずその全負荷容量（駆動用の
設定噴射容量）まで増加し、次いで第１燃料噴射
ポンプ１が所望負荷のために必要な噴射容量まで
増加するように、リンク仕掛け９を経て連絡され
ている。負荷が減少すると、第１燃料噴射ポンプ
１の容量がまず減少する。

ここに述べられる燃料噴射装置は２つの個々の
噴射装置からなり、その第２噴射装置は高いセタ
ン価を有する燃料、例えばデイーゼル燃料、の少
量を噴射して、低負荷における炭化水素放出を減
少し、かつ燃焼を引き起こすために用いられる
が、第１噴射装置は問題とする負荷に必要な燃料
容量を噴射するために用いられる。この後者の燃
料は、デイーゼル燃料またはアルコールのような
低いセタン価を有する燃料、例えばメタノールで
あつてもよい。

上述の有利な特性を得るため、適当な燃料と空
気との混合気を得るためには、第２噴射装置から
の燃料は中心のまわりの環状帯域中に配向しなけ
ればならない。この目的のために、第２噴射器８
は、ピストンの凹部中で取り入れ空気のか流と対
向する、反対方向に燃料が噴射されるように配置
される。これは第２図乃至第４図に示され、ここ
でＡは実物大で示したピストンの頂部における凹
部であり、Ｂは第２噴射器８の噴射方向を示し、
Ｃは第１噴射器４の噴射方向を示し、Ｄは取り入
れ空気のか流方向を示すものである。第２図にお
いて、左手の鎖線円周は取り入れ弁の配置を示
し、右手の円周は排気弁の配置を示す。燃焼室の
上部壁はＸ−Ｙ軸を含む平面内に存在する。

第２図乃至第４図は実験に用いたエンジン中の
状態を示すものである。第１噴射器４は四孔ノズ
ルを有したもので、これは矢印Ｃで示したように
凹部Ａの垂直中心軸Ｚのまわりに燃料を一様な分
布で噴射した。第２噴射器８は、矢印Ｂで示され
た方向に単孔ノズルを通じて燃料を噴射した。第
２図に示すようなピストンの横断平面上への矢印
Ｂ（噴射の方向）の投影が、ピストン凹部の半径
の約4/10の半径ｒを有する円に接線をなす場合お
よび上記平面となす角αが約15゜であつた場合
に、例えば空転で90％の炭化水素放出の減少を伴
う最適の結果が、に得られるものである。燃料が
凹部の中心に一層接近して（ｒの減少）噴射され
た場合は煤煙の量が増加したが、一方、該中心か
ら一層遠くに（ｒの増加）噴射された場合は炭化
水素の放出が増加した。エンジンの型式によりｒ
はＲの0.35〜0.45倍に、αは約10゜〜20゜にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射装置を備えたデイー
ゼルエンジンの上方から見た略図を示し、第２図
はピストン凹部の実物大の平面図、第３図は第２
図中のＸ軸方向から見た側面図、第４図は第２図
中のＹ軸方向から見た側面図であり、第２図乃至
第４図は、燃料の噴射方向を示すものである。 １……第１噴射ポンプ、２……調節器、３……
配管パイプ、４……第１噴射器、５……軸、６…
…第２噴射ポンプ、７……配管パイプ、８……第
２噴射器、９……リンク仕掛け、１０……ガスペ
ダル、Ａ……ピストン頂部中の凹部、Ｂ……第２
噴射器の噴射方向、Ｃ……第１噴射器の噴射方
向、Ｄ……取り入れ空気のか流方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 調節器を備え、各シリンダ用の第１噴射器を
   伴う第１噴射ポンプと、調節器を備え、各シリン
   ダ用の第２噴射器を伴う第２噴射ポンプとを有
   し、第１噴射をピストン凹部の中心軸上に配置
   し、かつ、燃料が該凹部の中心軸のまわりに一様
   な分布で中心から外へ向かつて迅速に噴射される
   ように第１噴射器は調整されているピストンの頂
   部に凹部を有する直接式噴射デイーゼルエンジン
   用の燃料噴射装置において、 第２噴射器を第１噴射器の外側に、円周状に配
   置し、かつ、吸入空気の回転に対向する方向に、
   内側に燃料を噴射するように第２噴射器は調整さ
   れており、第１および第２噴射ポンプおよび調節
   器がエンジンクランク軸と共働して、第１噴射ポ
   ンプと調整器が第１噴射器を介して燃料の噴射を
   開始する前に、第２噴射ポンプと調節器が第２噴
   射器を介して燃料の噴射を開始して、第２噴射ポ
   ンプからの燃料の燃焼が第１噴射ポンプからの燃
   料の燃焼を生ぜしめることを特徴とする燃料噴射
   装置。 ２ それぞれの第１噴射器が、ピストン凹部の中
   心軸のまわりに広い一様な分布で燃料を噴射する
   ように配置され、それぞれの第２噴射器が、側方
   からピストン凹部中へ狭い分布で、燃料を噴射す
   るように配置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の燃料噴射装置。 ３ 第１噴射器が多孔ノズルを有し、第２噴射器
   ８が単孔ノズルを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の燃料噴射装
   置。 ４ それぞれの第２の噴射器が、ピストン凹部Ａ
   の周辺上又はその近くの位置から燃料を噴射する
   ように配置され、シリンダの横断平面と10゜〜20
   ゜の角（α）をなす噴射路を有し、この噴射路の
   前記平面上への投影が、ピストン凹部と該平面と
   の交線である円周と同心の円周に対して接線をな
   し、該投影に接する円周の半径（ｒ）がピストン
   凹部の交線である円周の半径（Ｒ）の0.35〜0.45
   倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれか１つに記載の燃料噴射装
   置。 ５ エンジンの始動、暖機及び無負荷運転に必要
   な量の燃料を本質的に噴射するように第２噴射ポ
   ンプが設置され、エンジンが無負荷運転する時に
   は第１噴射ポンプが作動しないことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１つ
   に記載の燃料噴射装置。 ６ クランク軸のか流で約10゜だけ第２噴射ポン
   プより遅れて燃料を噴射するように第１噴射ポン
   プが設定されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第５項のいずれか１つに記載の燃料噴
   射装置。