JP2000234521A - 直噴エンジン - Google Patents

直噴エンジン

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JP2000234521A JP11035237A JP3523799A JP2000234521A JP 2000234521 A JP2000234521 A JP 2000234521A JP 11035237 A JP11035237 A JP 11035237A JP 3523799 A JP3523799 A JP 3523799A JP 2000234521 A JP2000234521 A JP 2000234521A
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直噴エンジンにおいて、燃焼室での燃料と空
気の混合を促進することで、排気ガス特性や出力の向上
を図る。 【解決手段】 燃料噴射弁２１の噴口２２の軸線延長線
上に対応するシリンダヘッド１３の下面に、湾曲面２３
ａを有するリップ部２３を形成し、この燃料噴射弁２１
から噴射された燃料がリップ部２３の湾曲面２３ａに衝
突し、燃焼室１５内で拡散するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料をシリンダ内
に直接噴射する方式のディーゼルエンジンや火花点火式
筒内噴射ガソリンエンジンなどの直噴エンジンに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来のディーゼルエンジンの燃焼
室近傍の断面を示す。
【０００３】ディーゼルエンジンにおいて、図５に示す
ように、シリンダブロック101上にはシリンダヘッド102
が図示しないボルトにより締結固定されており、このシ
リンダブロック101に形成されたシリンダ103内にはピス
トン104が上下動自在に嵌挿されている。燃焼室105はピ
ストン104の上面に凹設され、この燃焼室105には吸気ポ
ート106と排気ポート107が接続され、吸気ポート106に
は吸気弁108の先端部が臨み、排気ポート107には排気弁
109の先端部が臨んでいる。そして、図示しない吸気カ
ム及び排気カムの駆動によって吸気弁108及び排気弁109
を作動し、燃焼室105と各ポート106，107との開閉を行
うことができるようになっている。
【０００４】また、シリンダヘッド102には先端部の複
数の噴口110が燃焼室105内に臨み、この燃焼室105内に
燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁111が装着されてい
る。この燃料噴射弁111は図示しない燃料ポンプから供
給された高圧の燃料を燃焼室105内に噴射することがで
きる。
【０００５】従って、図示しないクランクシャフトが回
転駆動すると、コンロッドを介してピストン104がシリ
ンダ103内を往復移動する。一方、クランクシャフトの
回転駆動力が図示しないカムシャフトに伝達されて同期
回転駆動すると、吸気カム及び排気カムによって吸気弁
108及び排気弁109が開閉する。このとき、吸気ポート10
6から燃焼室105に吸入された空気がピストン104により
圧縮され、この高圧空気に燃料噴射弁111の噴口110から
燃料が噴射されると、この燃焼室105内で高圧空気と霧
状の燃料が混合して自然着火することで、燃焼室105内
で吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返される。
【０００６】このようなディーゼルエンジンのような燃
料をシリンダ内に直接噴射する方式のエンジンでは、排
気ガス特性や出力などの面から、燃焼室内で噴射された
燃料と吸入された空気との混合を如何に促進させるかが
従来からの問題となっている。
【０００７】例えば、特開平７−１１９５９号公報に開
示された「ディーゼル機関の燃焼室装置」では、シリン
ダヘッドの下面にスキッシュガイドとしてのリエントラ
ントリングを突設することにより、ピストン上死点にお
けるスキッシュ流を圧縮乃至集束し、キャビティ内のス
ワール流と合流させて、燃料噴霧ノズルからの燃料噴霧
に強制的に衝突させるようにしている。従って、ピスト
ンの上昇に伴ってピストン上面とシリンダヘッド下面と
の間の間隙により生成されるスキッシュ流がリエントラ
ントリングにガイドされてキャビティ内に流入すること
で、燃料と空気との混合が促進される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、燃料
の噴射時期はＮＯｘの低減や触媒へのＨＣの供給などの
理由で、圧縮上死点近傍のみに限らず、吸気行程や圧縮
行程など様々な時期に設定することがある。そのため、
上述した「ディーゼル機関の燃焼室装置」において、ピ
ストンが圧縮上死点近傍以外の位置、つまり、ピストン
が下降位置にあるときに燃料を噴射すると、この燃料は
燃焼室ではなくシリンダライナに向かって噴射されて一
部が表面に付着してしまう。すると、燃焼室で燃料と空
気の混合が十分に行われず、排気ガス特性や出力に悪影
響を及ぼしてしまう虞がある。
【０００９】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、燃焼室での燃料と空気の混合を促進すること
で、排気ガス特性や出力の向上を図った直噴エンジンを
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の直噴エンジンは、シリンダ内に嵌挿される
ピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に燃焼室
を形成すると共に、シリンダヘッドにこの燃焼室内に燃
料を直接噴射する噴射弁を設け、この噴射弁に形成され
た噴口の軸線延長線上に噴射された燃料が衝突する壁面
が位置するように突設部材をシリンダヘッドの下面に突
出して設けている。
【００１１】従って、ピストンの移動位置に関係なく如
何なる噴射時期であっても、噴射弁の噴口から噴射され
た燃料は突設部材の壁面に衝突して燃焼室内で拡散する
こととなり、燃焼室での燃料と空気の混合が促進される
一方で、燃料のシリンダ表面への付着が抑制され、排気
ガス特性や出力を向上することができる。
【００１２】なお、本発明の直噴エンジンでは、噴射弁
の噴口をこの噴射弁の軸線周りに複数形成し、噴射弁を
シリンダの軸線に沿って設けると共に、突設部材を噴射
弁の先端を囲繞した状態でシリンダヘッドの下面に設け
ることが好ましい。この構成により、一つの噴口から噴
射される燃料量が少なくなって微粒化が図れ、しかも、
この微粒化された燃料が突設部材に衝突して拡散するこ
ととなり、ピストンの位置に関係なく燃料と空気との混
合を促進させることができる。そして、この場合、噴射
燃料が衝突する突設部材の壁面の下縁部にシリンダ中心
寄りに先端が突起状のリップを形成することが好まし
く、この構成により、更なる噴霧の拡散が促進される。
【００１３】また、ピストン上面に燃焼室の一部をなす
凹部を形成し、ピストンの上死点位置において突設部材
が燃料が衝突する壁面とピストン上面の凹部内面とで燃
焼室を形成し、且つ、この突設部材とピストン上面との
合せ面をシリンダ中心に向かって下方に傾斜する傾斜面
とすることが好ましい。この構成により、ピストンの上
昇に伴って突設部材とピストン上面との合せ面にピスト
ン上面の凹部に向かうスキッシュ流が発生するため、早
期に燃料を噴射した場合には、シリンダ外周部に浮遊す
る燃料をピストン中心部に集めることができ、しかも、
ピストンの上死点位置において、燃焼室内で燃料と空気
とを確実に混合させることができ、排気ガス特性や出力
の悪化を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【００１５】図１に本発明の一実施形態に係る直噴エン
ジンとしてのディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面、
図２に図１のII−II断面、図３に燃料の噴射方向を表す
概略、図４に本実施形態のディーゼルエンジンのピスト
ン下降位置における燃焼室近傍の断面を示す。
【００１６】本実施形態の直噴エンジンにおいて、図１
及び図２に示すように、シリンダブロック１１上にはシ
リンダヘッド１２が図示しないボルトにより締結固定さ
れており、このシリンダブロック１１に形成されたシリ
ンダ１３内にはピストン１４が上下動自在に嵌挿されて
いる。そして、ピストン１４の上面には燃焼室１５の一
部を構成する凹部１６が形成されている。
【００１７】この燃焼室１５にはそれぞれ２つの吸気ポ
ート１７と排気ポート１８が接続され、各吸気ポート１
７には吸気弁１９の先端部が臨み、各排気ポート１８に
は排気弁２０の先端部が臨んでいる。そして、図示しな
い吸気カム及び排気カムの駆動によって吸気弁１９及び
排気弁２０を作動し、燃焼室１５と各ポート１７，１８
との開閉を行うことができるようになっている。また、
シリンダヘッド１２の下部には燃料噴射弁２１が装着さ
れており、先端部に形成された４つの噴口２２が燃焼室
１５内に臨み、燃料（軽油）を噴射することができるよ
うになっている。なお、この燃料噴射弁２１は図示しな
い燃料ポンプから供給された高圧の燃料を燃焼室１５内
に噴射することができる。
【００１８】そして、シリンダヘッド１２の下部には、
ピストン１４の凹部１６に対向するように各ポート１
７，１８の間に位置して突設部材としてのリップ部２３
が下方に突出するように一体に形成されている。即ち、
燃料噴射弁２１の下端部には４つの噴口２２がこの燃料
噴射弁２１の軸線Ｏ1 周りにほぼ均等間隔で形成され、
燃料噴射弁２１はシリンダ１３の軸線Ｏ1 に沿ってシリ
ンダヘッド１２に取付けられている。一方、シリンダヘ
ッド１２において、リップ部２３は燃料噴射弁２１の各
噴口２２を囲繞し、且つ、対向した４つの位置に形成さ
れており、各リップ部２３の下縁先端がシリンダ１３の
中心寄りに突起状となることで湾曲面（壁面）２３ａを
有している。
【００１９】つまり、図３に詳細に示すように、燃料噴
射弁２１の４つの噴口２２の軸線Ｏ 2 の延長線上に４つ
のリップ部２３を設けることで、この燃料噴射弁２１の
各噴口２２から噴射された燃料が各リップ部２３の湾曲
面２３ａに衝突するようになっている。そして、ピスト
ン１４が上昇して上死点位置に移動したときには、ピス
トン１４の凹部１６と各リップ部２３の湾曲面２３ａと
で燃焼室１５を形成するようになっている。
【００２０】また、このピストン１４が上死点位置にあ
るとき、ピストン１４の上面（凹部１６の周囲の面）１
４ａとシリンダヘッド１２の各リップ部２３の下面２３
ｂとの合せ面が、シリンダ１３の中心に向かって下方に
傾斜する傾斜面となっており、この傾斜面にピストン１
４の凹部１６に向かうスキッシュ流が発生するようにな
っている。
【００２１】ここで、上述した本実施形態の直噴エンジ
ンの作用について説明する。
【００２２】図１に示すように、図示しないクランクシ
ャフトが回転駆動すると、コンロッドを介してピストン
１４がシリンダ１３内を往復移動する。一方、クランク
シャフトの回転駆動力が図示しないカムシャフトに伝達
されて同期回転駆動すると、吸気カム及び排気カムによ
って吸気弁１９及び排気弁２０が開閉する。このとき、
吸気ポート１７から燃焼室１５に吸入された空気がピス
トン１４により圧縮され、この高圧空気に燃料噴射弁２
１の各噴口２２から燃料が噴射されると、この燃焼室１
５内で高圧空気と霧状の燃料が混合して自然着火するこ
とで、燃焼室１５内で吸気、圧縮、爆発、排気の各行程
が繰り返される。
【００２３】この場合、ピストン１４の上死点位置で、
燃料噴射弁２１の各噴口２２から燃焼室１５に燃料が噴
射されると、燃料噴霧は各リップ部２３の湾曲面２３ａ
に向かって噴射されてこの湾曲面２３ａに衝突して拡散
すると共に、吸気ポート１７からの吸気によってスワー
ルが形成されることとなり、燃焼室１５での燃料と空気
の混合が促進され、確実に自然着火することができる。
そして、このときに燃料が４つの噴口２２から噴射され
るため、一つの噴口２２から噴射される燃料量が少なく
なって微粒化が図れ、このことによっても燃焼室１５で
の燃料と空気の混合を促進できる。更に、噴射燃料が衝
突するリップ部２３の湾曲面２３ａの下縁部がシリンダ
１３の中心寄りに湾曲しているため、更なる燃料噴霧の
拡散の促進が可能となる。
【００２４】また、図３に示すように、ピストン１４の
上死点位置以外の位置で、燃料噴射弁２１の各噴口２２
から燃焼室１５に燃料が噴射（例えば、パイロット噴
射）されても、前述と同様に、燃料噴霧は各リップ部２
３の湾曲面２３ａに向かって噴射されてこの湾曲面２３
ａに衝突して拡散することとなり、シリンダ１３の内面
への付着が防止される。その後、ピストン１４が上昇す
るとピストン１４の凹部１６内で予混合燃焼が発生し、
上死点位置では燃料噴射弁２１の各噴口２２から各リッ
プ部２３の湾曲面２３ａに向かって燃料が噴射され、燃
料噴霧がこの湾曲面２３ａに衝突して拡散し、燃焼室１
５で燃料と空気の混合が促進されて自然着火し、燃焼が
開始される。
【００２５】そして、このピストン１４の上死点位置で
は、ピストン１４の凹部１６と各リップ部２３の湾曲面
２３ａとで燃焼室１５を形成し、ピストン１４の上面１
４ａと各リップ部２３の下面２３ｂとの合せ面がシリン
ダ１３の中心に向かって下方に傾斜する傾斜面となって
いるため、ピストン１４の上昇に伴ってピストン１４と
リップ部２３との合せ面からピストン１４の凹部１６に
向かうスキッシュ流が発生することとなる。そのため、
パイロット噴射されてシリンダ１３の外周部に浮遊して
いる燃料噴霧をピストン１４の凹部１６の中心部に集め
ることができ、しかも、燃焼室１５内で燃料と空気とを
確実に混合させることができ、排気ガス特性や出力の悪
化を防止できる。
【００２６】このように本実施形態のディーゼルエンジ
ンにあっては、燃料噴射弁２１の噴口２２の軸線延長線
上に、この燃料噴射弁２１から噴射された燃料が衝突す
る湾曲面２３ａが位置するように、シリンダヘッド１３
の下面にリップ部２３を形成してある。従って、ピスト
ン１４の移動位置に関係なく如何なる噴射時期であって
も、燃料噴射弁２１の噴口２２から噴射された燃料はリ
ップ部２３の湾曲面２３ａに衝突して燃焼室１５内で拡
散することとなり、燃焼室１５での燃料と空気の混合が
促進される一方で、燃料のシリンダ１３の表面への付着
が抑制され、排気ガス特性や出力を向上できる。
【００２７】なお、上述した本実施形態では、燃料噴射
弁２１の噴口２２を軸線周りに４つ形成したが、その位
置と数はこれに限定されるものではない。また、突設部
材として、燃料噴射弁２１の噴口２２の軸線Ｏ2 の延長
線上に噴射燃料が衝突する湾曲面２３ａが位置するよう
にシリンダヘッド１１の下面にリップ部２３を一体に形
成したが、リップ部２３を別部材として形成し、シリン
ダヘッド１１の下面に固定するようにしてもよい。ま
た、その形状も湾曲面２３ａを有するものに限らず、噴
射燃料が衝突する壁面であればよい。
【００２８】また、パイロット噴射を実施するエンジン
に限らず、燃料噴射をピストンの圧縮上死点位置以外
（例えば、吸気、爆発、排気）の位置で実施するエンジ
ンも、本発明を適用することができ、当然のごとく、前
述した左右効果を奏することができる。そして、本実施
形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用して説明
しているが、筒内噴射型ガソリンエンジンにも適用する
ことができる。
【００２９】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明の直噴エンジンによれば、ピストンの移動
位置に関係なく如何なる噴射時期であっても、噴射弁の
噴口から噴射された燃料は突設部材の壁面に衝突して燃
焼室内で拡散させ、燃焼室での燃料と空気の混合を促進
する一方で、燃料のシリンダ表面への付着を抑制し、排
気ガス特性や出力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴エンジンとして
のディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】燃料の噴射方向を表す概略図である。
【図４】本実施形態のディーゼルエンジンのピストン下
降位置における燃焼室近傍の断面図である。
【図５】従来のディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面
図である。
【符号の説明】
１１ シリンダブロック １２ シリンダヘッド １３ シリンダ １４ ピストン １５ 燃焼室 １６ 凹部 ２１ 燃料噴射弁 ２２ 噴口 ２３ リップ部（突設部材） ２３ａ 湾曲面（壁面）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前原 和人 東京都大田区下丸子四丁目21番１号 三菱 自動車エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AA07 AB01 AB05 AC05 AD02 AD03 AD08 AD09 AD12 3G024 AA02 DA01 DA02 DA06 FA00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面
    とシリンダヘッドの下面との間に形成される燃焼室と、
    前記シリンダヘッドに設けられて前記燃焼室内に燃料を
    直接噴射する噴射弁と、該噴射弁に形成された噴口の軸
    線延長線上に該噴射弁から噴射された燃料が衝突する壁
    面が位置するように前記シリンダヘッドの下面に突出し
    て設けられた突設部材とを具えたことを特徴とする直噴
    エンジン。
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