JP2002122024A - ピストンの燃焼室 - Google Patents

ピストンの燃焼室

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武志 庄司
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Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼室内の混合ガスがより均一に拡散され、ス
モークを低減できるピストンの燃焼室を提供する。 【解決手段】燃料噴射ノズルNから噴射された燃料噴霧
Gの流れFの中心軸fと、燃焼室1の壁面4の衝突部S
とが交差する角度(衝突角度θ)を80度から100度
の範囲、好ましくは90度近傍となるように燃焼室1の
壁面4を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直接噴射式ディー
ゼルエンジンの燃焼室の形状に関する。
【0002】
【従来の技術】直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室
は、ピストン頂部に凹設されており、その断面形状によ
りトロイダル形やリエントラント形と呼ばれるものがあ
る。図3の(A)に示すトロイダル形の燃焼室21の場
合、ピストン端面23と燃焼室21の壁面24とが交わ
る角部25の角度α1は、90度以上であり、燃焼室2
1がシリンダ端面23に向かって開いた形に形成されて
いる。壁面24は、角部25から少し燃焼室21の深さ
方向に下がった位置から底部26にかけて、一定の曲率
半径の円弧による曲面で形成されている。
【0003】一方、図3の(B)に示すリエントラント
形の燃焼室31の場合、ピストン端面33と燃焼室31
の壁面34とが交わる角部35は、鋭角(壁面が径外方
向に膨らんでいる)であり、燃焼室31の開口部がすぼ
まった形をしている。壁面34は、燃焼室31の深さの
半分よりやや頂部33よりの深さの位置に曲率中心を持
った曲面によって、角部35と底部36とが滑らかにつ
ながっている。よって、トロイダル形燃焼室21とリエ
ントラント形燃焼室31が、同じ容積である場合、その
壁面24,34の曲率半径は、リエントラント形燃焼室
31の方が小さい。
【0004】また、いずれの場合においても、燃料噴射
ノズルnは、燃焼室21,31の中央に位置するように
設けられており、圧縮行程でピストンが略上死点に到達
したときに、ノズルnの周方向に等間隔に開口された複
数の噴口より壁面24,34に向かって燃料が噴射され
る。一般に、排出ガス中のハイドロカーボン(以下HC
とする)やスモーク、パティキュレート・マター(以下
PMとする)などを低減するには、燃焼室内に燃料を均
一に噴射し、空気と混合することが好ましい。
【0005】そこで、トロイダル形燃焼室21では、角
部25よりやや下がった壁面位置aに向かって燃料を噴
射することで、壁面24に衝突した燃料噴霧gが矢印A
のように跳ね返って燃焼室21に拡散されるように噴口
の向きなどが設定されている。また、リエントラント形
燃焼室31では、燃焼室31の深さに対して中央よりや
や角部35寄りに傾斜した部位bに向かって燃料を噴射
し、矢印Bのように燃焼室31内に縦方向の燃料噴霧g
の渦流を作り出すように設定されており、噴射した燃料
の流れによって、燃料の混合促進を図っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】トロイダル形燃焼室2
1においては、燃料が壁面24に衝突した後の跳ね返り
も考慮して高圧で勢いよく噴射される。ところが、燃焼
室の壁面24はシリンダヘッドに向かって開いているた
め、噴射された燃料の一部は、燃焼室21からシリンダ
ヘッドとピストンの隙間へ火炎となって飛散することが
ある。そのため、エンジン出力低下などの原因となるこ
とがある。
【0007】一方、リエントラント形燃焼室31の場
合、燃焼室31の開口面積を除いたピストン端面33の
面積は、トロイダル形燃焼室21が設けられた燃焼室2
1の開口面積を除いたピストン端面23の面積よりも大
きい。そのため、ピストンが上死点に向かって上昇する
と、ピストン端面33とシリンダヘッドの隙間に滞留す
る空気が勢いよく押し出され、いわゆるスクィッシュ流
が生じることにより、燃焼室外へ燃料が噴射されること
を抑制することができる。
【0008】しかし、ピストンが下降する際は、逆にピ
ストンとシリンダヘッドの隙間に燃焼室内のガスが吸い
込まれる方向に、いわゆる逆スクィッシュ流が生じ、燃
焼ガスとともにノズルから噴射された燃料が、シリンダ
ヘッドとピストン頂部の隙間に吸い込まれることがあ
る。これにより、燃焼室内の燃料の拡散が乱され、排出
ガス中のHCやスモーク量が増加する原因となる場合が
ある。
【0009】また、エンジンは、圧縮行程中にピストン
が上死点近傍で、燃料が噴射されるように設定されてい
る。そして、燃料噴射中においてもピストンは、わずか
ではあるが移動する。トロイダル形燃焼室やリエントラ
ント形燃焼室の場合、このわずかなピストンの動きで
も、壁面の曲率半径が小さいので、燃焼室内に噴射され
た燃料噴霧の壁面への衝突角度が大きく変化する。その
ため、燃料噴霧の拡散が変化し、エンジンの出力に影響
を与える場合がある。
【0010】以上のように、燃料噴霧の拡散状況によっ
て排出ガス中のHC及びスモーク,PMの量や、エンジ
ンの出力が変化するので、新たに開発される燃焼室形状
ごとに、その都度最適化試験を行い、燃料噴射ノズルの
燃料噴射角度や燃焼室に対する相対的位置等を決定して
いる。しかしながら、スモークなどの低減効果が充分得
られないのが現状であった。
【0011】そこで本発明では、噴霧の壁面衝突角の適
正化を図ることにより、低スモーク,低PM化が図れる
ピストンの燃焼室を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】直接噴射式ディーゼルエ
ンジンのピストンに形成される燃焼室の壁面と、燃料噴
射ノズルから噴射された燃料噴霧の中心軸とが、ピスト
ンの軸線に沿った断面において80度〜100度の角度
で交差するように燃焼室壁面の面形状を形成することに
より、燃焼室内の混合ガスがより均一に拡散されるよう
にした。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図1を参照して説明する。直接噴射式ディーゼルエン
ジンの燃焼室1は、ピストン2の頂部3に凹設されてい
る。この燃焼室1は、ピストン2の中心軸Cに対して軸
対称であり、壁面4の中央部5付近がピストン2の径外
方向にほんのわずか膨らんだ形状となっている。
【0014】これに対し燃料の噴射ノズルNは、図1に
示すように、ノズルNの先端がピストン2の中心軸C上
に位置し、燃料を噴射するときに頂部3の端面Pと略同
じ高さに位置するように設けられている。このノズルN
の先端に、燃料噴出孔6がノズルNの周方向に等間隔に
設けられている。この燃料噴射孔6は、噴射される燃料
噴霧Gの流れFの中心軸fが、壁面4に対して、ピスト
ン2の中心軸Cに沿った断面において略垂直(90度付
近)になるように設けられている。
【0015】また、燃料噴霧Gの壁面4への衝突部S
は、中心軸fとの交点を中心として、従来のリエントラ
ント形燃焼室よりも曲率半径の大きな曲面で形成されて
おり、壁面4と滑らかにつながっている。燃焼室1の底
部7の中央には、燃焼室1の深さに対して半分以上の高
さを有した略円錐台形状の凸部8が設けられている。こ
の凸部8の裾野部9と壁面4とは、曲面10によって、
滑らかにつながっている。
【0016】燃料噴霧Gが燃焼室1内の上下それぞれに
拡散する量、すなわち燃料の密度分布は、燃料噴霧Gが
壁面4に衝突する角度θによって決まる。このときの角
度θは、燃焼室1の開口側から測った角度とする。本実
施形態においては、その衝突角度θが略垂直に設けられ
ているため、燃料噴霧Gが壁面4に衝突した後、衝突部
Sを境に上下方向に略均等に拡散する。
【0017】本実施形態の燃焼室1は、ピストン2の上
死点において燃料噴霧Gが壁面4に略垂直に衝突するよ
うに設けられている。このとき衝突部Sの曲率は従来の
リエントラント形燃焼室などと比較して充分大きいの
で、わずかにピストン2が上下動しても、燃料の衝突角
度θが燃料の拡散に影響するほど変化することはない。
つまり、エンジンの運転状況による燃料噴射のタイミン
グが変化しても、燃料噴霧Gの衝突角度θがほとんど変
化しないので、燃焼室1内の燃料噴霧Gの拡散、すなわ
ち燃料と空気の混合比が均一になりやすい。その結果、
燃焼室内の状態が安定するため、排出ガス中のHCやス
モーク,PMの量が減る。
【0018】図2(A),(b)は、それぞれ壁面衝突
角度θと排出ガス中のスモークの関係について、燃料噴
射のタイミングを変化させて試験した結果を示してい
る。図2の(A)は、エンジンの低速−高負荷運転条件に
おける壁面衝突角度θと排出ガス中のSMOKE(スモ
ーク)率の関係を示し、図2の(B)は、エンジンの中
速−高負荷運転条件における壁面衝突角度θと排出ガス
中のSMOKE(スモーク)率の関係を示している。
【0019】なお、グラフ中の「BTDC」は、ピスト
ン上死点前において燃料噴射を行ったことを示してお
り、その前に付された数値(°)は、ピストン上死点に
おけるクランクシャフト回転位置までのクランクシャフ
ト回転角度を示している。また、「ATDC」は、ピス
トン上死点後において燃料噴射が行われたことを示して
おり、その前に付された数値(°)は、ピストン上死点
におけるクランクシャフト回転位置からのクランクシャ
フト回転角度を示している。
【0020】この二つのグラフ(図2(A),(B))
によると、燃料噴霧の壁面衝突角度θがおおむね90度
を中心値として80度〜100度の範囲であれば、燃料
噴射のタイミングによらず、排出ガス中のSMOKE率
が急激に減少していることが分かる。しかも、衝突角度
θが80度〜90度の範囲でSMOKE率が大きく低下
している。また、図2(A)に示す低速−高負荷運転域
では、衝突角度θが100度を越えると、SMOKE率
が30%を超えるようになるため好ましくない。
【0021】すなわち、エンジンの運転状況によって、
燃料噴射のタイミングが変化した場合においても、燃焼
室1の壁面4への燃料噴霧Gの衝突角度θが略90度と
なる本実施形態の燃焼室であれば、排出ガス中のスモー
ク率やHCなどを含めたPMの量の少ない燃焼室とする
ことができる。
【0022】また、新たにエンジンを開発する場合、本
実施形態の燃焼室形状を採用すれば、エンジンの運転状
況に合わせてその都度最適条件を求める必要がなくな
り、その試験費用や期間を大幅に低減できる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、直接噴射式ディーゼル
エンジンのピストンの燃焼室を、請求項1に記載した形
状とすることで、燃焼室内の混合ガスがより均一に拡散
され、排出ガス中のHCやスモーク量の少ないピストン
の燃焼室を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のピストンの燃焼室の断面
図。
【図2】燃料噴霧の壁面衝突角度θと排出ガス中のスモ
ーク率の関係を、低速−高負荷時と、中速−高負荷時の
2種類の運転条件について、それぞれ燃料噴射のタイミ
ングを変化させて試験した結果を示す図。
【図3】従来のピストンの燃焼室の一例であるトロイダ
ル形燃焼室とリエントラント形燃焼室の断面図。
【符号の説明】
1…燃焼室 2…ピストン 4…壁面 G…燃料噴霧 F…流れ f…中心軸 N…燃料噴射ノズル θ…衝突角度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直接噴射式ディーゼルエンジンのピストン
    に形成される燃焼室において、 燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧が衝突する燃焼
    室の壁面と燃料噴霧の流れの中心軸との衝突角度が、ピ
    ストンの軸線に沿った断面において80度〜100度と
    なるように形成したことを特徴とするピストンの燃焼
    室。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2887590A1 (fr) * 2005-06-23 2006-12-29 Renault Sas Chambre de combustion moteur diesel a deux soupapes et a injecteur decale
WO2008004398A1 (fr) * 2006-07-04 2008-01-10 Honda Motor Co., Ltd. Moteur diesel à injection directe de carburant
WO2008126771A1 (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co., Ltd. 燃料直噴エンジン
JP2008255935A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴エンジン
JP2008255934A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴エンジン
WO2009081765A1 (ja) * 2007-12-21 2009-07-02 Honda Motor Co., Ltd. 燃料直噴エンジン
EP2204560A1 (en) 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
US8677970B2 (en) 2011-03-17 2014-03-25 Cummins Intellectual Property, Inc. Piston for internal combustion engine
WO2017108837A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Volvo Truck Corporation A piston crown for an internal combustion engine
CN108343527A (zh) * 2018-03-14 2018-07-31 东风商用车有限公司 一种大敞口燃烧室及燃烧系统

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2887590A1 (fr) * 2005-06-23 2006-12-29 Renault Sas Chambre de combustion moteur diesel a deux soupapes et a injecteur decale
WO2008004398A1 (fr) * 2006-07-04 2008-01-10 Honda Motor Co., Ltd. Moteur diesel à injection directe de carburant
US7861685B2 (en) 2006-07-04 2011-01-04 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel injection diesel engine
CN101636572B (zh) * 2007-04-06 2012-05-02 本田技研工业株式会社 燃料直喷发动机
WO2008126771A1 (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co., Ltd. 燃料直噴エンジン
JP2008255935A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴エンジン
JP2008255934A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴エンジン
EP2133535A1 (en) * 2007-04-06 2009-12-16 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
US8474431B2 (en) 2007-04-06 2013-07-02 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injected engine
EP2133535A4 (en) * 2007-04-06 2010-09-22 Honda Motor Co Ltd DIRECT FUEL INJECTION ENGINE
WO2009081765A1 (ja) * 2007-12-21 2009-07-02 Honda Motor Co., Ltd. 燃料直噴エンジン
US8714136B2 (en) 2007-12-21 2014-05-06 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
EP2204560A1 (en) 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
US8627798B2 (en) 2008-12-17 2014-01-14 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
US8677970B2 (en) 2011-03-17 2014-03-25 Cummins Intellectual Property, Inc. Piston for internal combustion engine
USRE46806E1 (en) 2011-03-17 2018-04-24 Cummins Intellectual Property, Inc. Piston for internal combustion engine
WO2017108837A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Volvo Truck Corporation A piston crown for an internal combustion engine
CN108474290A (zh) * 2015-12-22 2018-08-31 沃尔沃卡车集团 用于内燃机的活塞冠
US10738682B2 (en) 2015-12-22 2020-08-11 Volvo Truck Corporation Piston crown for an internal combustion engine
CN108474290B (zh) * 2015-12-22 2020-10-23 沃尔沃卡车集团 内燃机装置及车辆
CN108343527A (zh) * 2018-03-14 2018-07-31 东风商用车有限公司 一种大敞口燃烧室及燃烧系统

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