JP2002276373A - 直接噴射式内燃機関 - Google Patents
直接噴射式内燃機関Info
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 通常より早期のタイミングでパイロット噴射
を行うことを可能とし、排ガス低減および改善できる直
接噴射式内燃機関を提供する。 【解決手段】 シリンダボア１１、シリンダヘッド下面
１５ａ及びピストン１２頂部１２ａに形成された凹部１
７で区画される燃焼室１６と、燃焼室１６に噴口２５か
ら燃料２６を噴射する噴射ノズル２３とを備えた直接噴
射式内燃機関において、ピストン１２が上死点に位置し
たときの、上記噴口２５から、燃料噴射方向における凹
部内壁１７ａまでの距離Ｌを、噴射される燃料２６の液
相部の長さＨ以上にしたものである。
を行うことを可能とし、排ガス低減および改善できる直
接噴射式内燃機関を提供する。 【解決手段】 シリンダボア１１、シリンダヘッド下面
１５ａ及びピストン１２頂部１２ａに形成された凹部１
７で区画される燃焼室１６と、燃焼室１６に噴口２５か
ら燃料２６を噴射する噴射ノズル２３とを備えた直接噴
射式内燃機関において、ピストン１２が上死点に位置し
たときの、上記噴口２５から、燃料噴射方向における凹
部内壁１７ａまでの距離Ｌを、噴射される燃料２６の液
相部の長さＨ以上にしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガスの低減およ
び改善を図った直接噴射式内燃機関に関するものであ
り、特に、通常より早期のタイミングでパイロット噴射
を行うことを可能とする直接噴射式内燃機関に関するも
のである。
び改善を図った直接噴射式内燃機関に関するものであ
り、特に、通常より早期のタイミングでパイロット噴射
を行うことを可能とする直接噴射式内燃機関に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、様々な環境問題から、ディーゼル
内燃機関に対する排ガス低減および改善の要求は非常に
高くなっている。
内燃機関に対する排ガス低減および改善の要求は非常に
高くなっている。
【０００３】そこで、本発明者らは、直接噴射式ディー
ゼル内燃機関において、通常のパイロット噴射よりもか
なり早いタイミング、具体的には、ピストン上死点前の
クランク角約６５°のタイミングで早期パイロット噴射
（５ｍｍ3 ／ｓｔ程度）を行い、その後、通常のメイン
噴射タイミング（ピストン上死点付近）でメイン噴射を
行うことが、排ガスの低減および改善に効果的であるこ
とを確認した。
ゼル内燃機関において、通常のパイロット噴射よりもか
なり早いタイミング、具体的には、ピストン上死点前の
クランク角約６５°のタイミングで早期パイロット噴射
（５ｍｍ3 ／ｓｔ程度）を行い、その後、通常のメイン
噴射タイミング（ピストン上死点付近）でメイン噴射を
行うことが、排ガスの低減および改善に効果的であるこ
とを確認した。
【０００４】ピストン上死点前にパイロット噴射された
燃料は、気化して空気と混合しながらピストンによって
圧縮される。このため、ピストンが上死点付近に位置し
たときに、燃焼室内は高温・高圧で着火しやすい混合気
状態となっている。そこで、メイン噴射が実行されるた
め、メイン噴射された燃料は、良好に混合気と混合して
燃焼する。
燃料は、気化して空気と混合しながらピストンによって
圧縮される。このため、ピストンが上死点付近に位置し
たときに、燃焼室内は高温・高圧で着火しやすい混合気
状態となっている。そこで、メイン噴射が実行されるた
め、メイン噴射された燃料は、良好に混合気と混合して
燃焼する。
【０００５】このため、燃料をより完全燃焼に近い状態
で燃焼させることができるため、排ガスが少なくなると
共に、未燃ＨＣ等が減少して排ガスは改善される。
で燃焼させることができるため、排ガスが少なくなると
共に、未燃ＨＣ等が減少して排ガスは改善される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すような従来の直接噴射式内燃機関で、上記のような
パイロット噴射を実行する場合、次のような問題があっ
た。
示すような従来の直接噴射式内燃機関で、上記のような
パイロット噴射を実行する場合、次のような問題があっ
た。
【０００７】即ち、通常のパイロット噴射がメイン噴射
の直前で行われるのに対して、上述した早期パイロット
噴射はメイン噴射よりもかなり早いタイミングで行われ
るため、パイロット噴射が行われるときにピストン３２
は上死点よりも下方に位置している（図７参照）。この
状態でパイロット噴射を行うと、噴射ノズル３３から噴
射された燃料３６の液相部、即ち、まだ気化していない
部分の燃料３６がシリンダボア側壁３１に衝突する。
の直前で行われるのに対して、上述した早期パイロット
噴射はメイン噴射よりもかなり早いタイミングで行われ
るため、パイロット噴射が行われるときにピストン３２
は上死点よりも下方に位置している（図７参照）。この
状態でパイロット噴射を行うと、噴射ノズル３３から噴
射された燃料３６の液相部、即ち、まだ気化していない
部分の燃料３６がシリンダボア側壁３１に衝突する。
【０００８】この結果、燃料３６の液相部がシリンダボ
ア側壁３１の油膜を掻き落としたり、溶かしてしまう等
の問題があった。
ア側壁３１の油膜を掻き落としたり、溶かしてしまう等
の問題があった。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタイミン
グでパイロット噴射を行うことを可能とし、排ガス低減
および改善できる直接噴射式内燃機関を提供することに
ある。
し、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタイミン
グでパイロット噴射を行うことを可能とし、排ガス低減
および改善できる直接噴射式内燃機関を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シリンダボア、シリンダヘッド下面及びピ
ストン頂部に形成された凹部で区画される燃焼室と、そ
の燃焼室に噴口から燃料を噴射する噴射ノズルとを備え
た直接噴射式内燃機関において、上記ピストンが上死点
に位置したときの、上記噴口から、燃料噴射方向におけ
る凹部内壁までの距離を、噴射される燃料の液相部の長
さ以上にしたものである。
に本発明は、シリンダボア、シリンダヘッド下面及びピ
ストン頂部に形成された凹部で区画される燃焼室と、そ
の燃焼室に噴口から燃料を噴射する噴射ノズルとを備え
た直接噴射式内燃機関において、上記ピストンが上死点
に位置したときの、上記噴口から、燃料噴射方向におけ
る凹部内壁までの距離を、噴射される燃料の液相部の長
さ以上にしたものである。
【００１１】この構成によれば、ピストン上死点付近で
メイン噴射を行ったときに、燃料の液相部が凹部内壁に
衝突することも防止できる。
メイン噴射を行ったときに、燃料の液相部が凹部内壁に
衝突することも防止できる。
【００１２】また、噴射ノズルは複数の噴口を有し、燃
焼室の略中心から放射状に燃料を噴射するように構成さ
れ、上記凹部が、各噴口から噴射される燃料にそれぞれ
対応するように噴口と同数形成されるようにしても良
い。これによれば、複数の噴口を有する噴射ノズルを備
えたタイプの直接噴射式内燃機関においても同様の効果
を得ることができる。
焼室の略中心から放射状に燃料を噴射するように構成さ
れ、上記凹部が、各噴口から噴射される燃料にそれぞれ
対応するように噴口と同数形成されるようにしても良
い。これによれば、複数の噴口を有する噴射ノズルを備
えたタイプの直接噴射式内燃機関においても同様の効果
を得ることができる。
【００１３】また、噴射される燃料の液相部の長さＨ
が、上記噴口の径をｄとした場合、Ｈ＝１２０ｄ＋１と
Ｈ＝１２０ｄ＋３の式から算出される範囲に相当するよ
うにしても良い。これによれば、噴射ノズルの噴口径を
基に凹部の形状を設定することができる。
が、上記噴口の径をｄとした場合、Ｈ＝１２０ｄ＋１と
Ｈ＝１２０ｄ＋３の式から算出される範囲に相当するよ
うにしても良い。これによれば、噴射ノズルの噴口径を
基に凹部の形状を設定することができる。
【００１４】また、シリンダヘッド下面に、シリンダヘ
ッド上面側に窪んだ窪み部が形成され、上記噴口を有す
る上記噴射ノズルの先端部が窪み部内に突出されるよう
にしても良い。これによれば、噴射ノズルの先端部から
ピストン頂部までの距離を大きくできるため、凹部の深
さを小さくでき、燃焼室容積の増大による性能低下を防
止できる。
ッド上面側に窪んだ窪み部が形成され、上記噴口を有す
る上記噴射ノズルの先端部が窪み部内に突出されるよう
にしても良い。これによれば、噴射ノズルの先端部から
ピストン頂部までの距離を大きくできるため、凹部の深
さを小さくでき、燃焼室容積の増大による性能低下を防
止できる。
【００１５】また、上記噴射ノズルは、パイロット噴射
とメイン噴射とを実行するものであり、上記パイロット
噴射が、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタイ
ミングで行われるようにしても良い。これによれば、燃
料の燃焼を良好にできるため、排ガスの低減及び改善を
図ることができる。
とメイン噴射とを実行するものであり、上記パイロット
噴射が、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタイ
ミングで行われるようにしても良い。これによれば、燃
料の燃焼を良好にできるため、排ガスの低減及び改善を
図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
を添付図面に基づいて詳述する。
を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】図１は、本発明の一実施形態に係る直接噴
射式内燃機関における燃焼室構造を示す側面断面図、図
２はピストンの頂部を示す平面図、図３は噴口及び凹部
の拡大断面図である。
射式内燃機関における燃焼室構造を示す側面断面図、図
２はピストンの頂部を示す平面図、図３は噴口及び凹部
の拡大断面図である。
【００１８】図に示すように、本実施形態の直接噴射式
ディーゼル内燃機関はシリンダブロック１０に形成され
たシリンダボア１１と、シリンダボア１１内で上下に往
復移動するピストン１２（図１はピストン１２が上死点
に位置した状態を示している）と、シリンダブロック１
０の上部にガスケットシール１３を挟んで取り付けられ
たシリンダヘッド１５とを備えており、燃焼室１６は、
シリンダボア１１と、シリンダヘッド下面１５ａと、ピ
ストン１２の頂部１２ａとピストン頂部１２ａに形成さ
れた凹部１７とで区画形成される。なお、図中１９はピ
ストンリング、２０，２１は吸気及び排気用バルブであ
る。
ディーゼル内燃機関はシリンダブロック１０に形成され
たシリンダボア１１と、シリンダボア１１内で上下に往
復移動するピストン１２（図１はピストン１２が上死点
に位置した状態を示している）と、シリンダブロック１
０の上部にガスケットシール１３を挟んで取り付けられ
たシリンダヘッド１５とを備えており、燃焼室１６は、
シリンダボア１１と、シリンダヘッド下面１５ａと、ピ
ストン１２の頂部１２ａとピストン頂部１２ａに形成さ
れた凹部１７とで区画形成される。なお、図中１９はピ
ストンリング、２０，２１は吸気及び排気用バルブであ
る。
【００１９】シリンダヘッド下面１５ａにおける燃焼室
１６のほぼ中心部には、シリンダヘッド１５の上面側に
窪んだ窪み部２２が形成されている。そして、窪み部２
２の中央部には、窪み部２２内にその先端部が突出する
ように噴射ノズル２３が設けられている。
１６のほぼ中心部には、シリンダヘッド１５の上面側に
窪んだ窪み部２２が形成されている。そして、窪み部２
２の中央部には、窪み部２２内にその先端部が突出する
ように噴射ノズル２３が設けられている。
【００２０】噴射ノズル２３の先端部には燃焼室１６内
に燃料を噴射する噴口２５が設けられている。噴口２５
は、ピストン１２の周方向に９０°等間隔を隔てて４個
配置されており、燃料の噴射タイミングがくると、これ
ら、４個の噴口２５から放射状に燃料２６が噴射され
る。しかしながら、本発明は、噴口２５の個数及び配置
に制約はないものである。
に燃料を噴射する噴口２５が設けられている。噴口２５
は、ピストン１２の周方向に９０°等間隔を隔てて４個
配置されており、燃料の噴射タイミングがくると、これ
ら、４個の噴口２５から放射状に燃料２６が噴射され
る。しかしながら、本発明は、噴口２５の個数及び配置
に制約はないものである。
【００２１】そして、各噴口２５は、噴口２５から噴射
される燃料２６の、シリンダ軸Ｃに対する噴射角度θが
６０°〜７０°の範囲内になるように指向されている。
従って、図１において、燃焼室１６の左右に噴射される
燃料２６間の角度は１２０°〜１４０°の範囲内とな
る。上述した窪み部２２は、噴口２５から噴射される燃
料２６が窪み部２２の内壁に接触しないように断面が略
三角形状に形成されている。しかしながら、本発明は、
窪み部２２の形状に制約はなく、噴口２５から噴射され
る燃料２６が内壁に接触しない形状であれば他の形状で
も良い。
される燃料２６の、シリンダ軸Ｃに対する噴射角度θが
６０°〜７０°の範囲内になるように指向されている。
従って、図１において、燃焼室１６の左右に噴射される
燃料２６間の角度は１２０°〜１４０°の範囲内とな
る。上述した窪み部２２は、噴口２５から噴射される燃
料２６が窪み部２２の内壁に接触しないように断面が略
三角形状に形成されている。しかしながら、本発明は、
窪み部２２の形状に制約はなく、噴口２５から噴射され
る燃料２６が内壁に接触しない形状であれば他の形状で
も良い。
【００２２】一方、ピストン１２の頂部１２ａに形成さ
れた凹部１７は、各噴口２５から噴射される燃料２６に
対応するように、噴口２５と同数（本実施形態では４
個）かつ、噴口２５と同様にピストン１２の周方向に９
０°等間隔ごとに形成されている。従って、燃料２６は
図１に示すように、各凹部１７の中へ向けて噴射され
る。
れた凹部１７は、各噴口２５から噴射される燃料２６に
対応するように、噴口２５と同数（本実施形態では４
個）かつ、噴口２５と同様にピストン１２の周方向に９
０°等間隔ごとに形成されている。従って、燃料２６は
図１に示すように、各凹部１７の中へ向けて噴射され
る。
【００２３】各凹部１７はピストン１２の中心から所定
距離隔てた位置から形成され、その表面形状は、図２に
示すように、径方向外側に向かうにつれて徐々にその幅
が大きくなるように形成され、また、凹部１７の外側端
部２７は緩やかな円弧状に形成されている。このよう
に、凹部１７の表面形状は略液滴形状に形成される。
距離隔てた位置から形成され、その表面形状は、図２に
示すように、径方向外側に向かうにつれて徐々にその幅
が大きくなるように形成され、また、凹部１７の外側端
部２７は緩やかな円弧状に形成されている。このよう
に、凹部１７の表面形状は略液滴形状に形成される。
【００２４】また凹部１７の断面形状は、図１に示すよ
うに、径方向内側端部から徐々に深さが大きくなり、燃
料２６の噴射方向における部分の内壁１７ａが最も噴口
２５から遠くなるように形成されている。そして、径方
向外側端部は急激に起立した形状になっている。このよ
うに、凹部１７の断面形状は半液滴形状に形成される。
うに、径方向内側端部から徐々に深さが大きくなり、燃
料２６の噴射方向における部分の内壁１７ａが最も噴口
２５から遠くなるように形成されている。そして、径方
向外側端部は急激に起立した形状になっている。このよ
うに、凹部１７の断面形状は半液滴形状に形成される。
【００２５】そして、図３に示すように、凹部１７は、
ピストン１２が上死点に位置したときに、噴口２５か
ら、燃料噴射方向における凹部内壁１７ａまでの距離Ｌ
が、噴射される燃料２６の液相部の長さＨ以上に形成さ
れる。
ピストン１２が上死点に位置したときに、噴口２５か
ら、燃料噴射方向における凹部内壁１７ａまでの距離Ｌ
が、噴射される燃料２６の液相部の長さＨ以上に形成さ
れる。
【００２６】ここで、燃料２６の液相部について説明す
ると、噴口２５から噴射された燃料２６は全てが瞬時に
気化するわけではなく、その一部は液状で飛んで行く。
その最高到達距離が液相部の長さＨであり、それは、噴
口２５の径に比例して長くなる。
ると、噴口２５から噴射された燃料２６は全てが瞬時に
気化するわけではなく、その一部は液状で飛んで行く。
その最高到達距離が液相部の長さＨであり、それは、噴
口２５の径に比例して長くなる。
【００２７】図４に示すように、噴口２５の径ｄが大き
くなるほど液相長さＨも長くなり、燃料２６の液相長さ
Ｈは、図中点線ａで示す、Ｈ＝１２０ｄ＋２の線を中心
として、その前後１ｍｍ程度の範囲内となる。即ち、液
相長さＨは、線Ａで示すＨ＝１２０ｄ＋１の式と線Ｂで
示すＨ＝１２０ｄ＋３の式から算出される範囲内となる
（１２０ｄ＋１≦Ｈ≦１２０ｄ＋３）。
くなるほど液相長さＨも長くなり、燃料２６の液相長さ
Ｈは、図中点線ａで示す、Ｈ＝１２０ｄ＋２の線を中心
として、その前後１ｍｍ程度の範囲内となる。即ち、液
相長さＨは、線Ａで示すＨ＝１２０ｄ＋１の式と線Ｂで
示すＨ＝１２０ｄ＋３の式から算出される範囲内となる
（１２０ｄ＋１≦Ｈ≦１２０ｄ＋３）。
【００２８】従って、上述した凹部１７の内壁１７ａの
深さは噴口２５の径に合わせて適宜設定される。
深さは噴口２５の径に合わせて適宜設定される。
【００２９】凹部１７の形状は、ピストン１２が上死点
に位置したときの、噴口２５から、燃料噴射方向におけ
る凹部内壁１７ａまでの距離Ｌが、噴射される燃料２６
の液相部の長さＨ以上であれば良く、本実施形態に限定
されるものではない。
に位置したときの、噴口２５から、燃料噴射方向におけ
る凹部内壁１７ａまでの距離Ｌが、噴射される燃料２６
の液相部の長さＨ以上であれば良く、本実施形態に限定
されるものではない。
【００３０】次に本実施形態の直接噴射式内燃機関にお
いて、上述したような排ガス低減及び改善のために早期
パイロット噴射を行った状態を説明する。
いて、上述したような排ガス低減及び改善のために早期
パイロット噴射を行った状態を説明する。
【００３１】まず、圧縮工程においてピストン１２が上
昇し、図５に示すように、ピストン１２上死点前のクラ
ンク角約６５°のタイミングがきたら、噴射ノズル２３
の各噴口２５からパイロット噴射（５ｍｍ3 ／ｓｔ程
度）が行われる。このとき、ピストン１２は上死点位置
よりも所定距離Ａだけ下方に位置しているが、各噴口２
５から噴射される燃料２６のシリンダ軸Ｃに対する角度
θが小さいため、燃料２６の液相部がシリンダボア１１
の側壁１１ａに衝突することはない。
昇し、図５に示すように、ピストン１２上死点前のクラ
ンク角約６５°のタイミングがきたら、噴射ノズル２３
の各噴口２５からパイロット噴射（５ｍｍ3 ／ｓｔ程
度）が行われる。このとき、ピストン１２は上死点位置
よりも所定距離Ａだけ下方に位置しているが、各噴口２
５から噴射される燃料２６のシリンダ軸Ｃに対する角度
θが小さいため、燃料２６の液相部がシリンダボア１１
の側壁１１ａに衝突することはない。
【００３２】その後、ピストン１２が上昇するにつれ
て、パイロット噴射された燃料は、気化して空気と混合
しながら圧縮される。このため、図１に示すように、ピ
ストン１２が上死点付近に位置したときには、燃焼室１
６内は高温・高圧で着火しやすい混合気状態となる。あ
るいは、この時点で、混合気に火種が発生する。
て、パイロット噴射された燃料は、気化して空気と混合
しながら圧縮される。このため、図１に示すように、ピ
ストン１２が上死点付近に位置したときには、燃焼室１
６内は高温・高圧で着火しやすい混合気状態となる。あ
るいは、この時点で、混合気に火種が発生する。
【００３３】ここで、噴射ノズル２３の噴口２５から残
りの燃料２６がメイン噴射されると、燃焼が開始され
る。このとき、噴口２５から、燃料噴射方向における凹
部１７の内壁１７ａまでの距離Ｌが、噴射される燃料２
６の液相部の長さＨ以上であるため、凹部１７の内壁１
７ａに燃料１６の液相部が衝突することはない。また、
燃料２６の液相部は凹部１７の全ての内壁に衝突しな
い。
りの燃料２６がメイン噴射されると、燃焼が開始され
る。このとき、噴口２５から、燃料噴射方向における凹
部１７の内壁１７ａまでの距離Ｌが、噴射される燃料２
６の液相部の長さＨ以上であるため、凹部１７の内壁１
７ａに燃料１６の液相部が衝突することはない。また、
燃料２６の液相部は凹部１７の全ての内壁に衝突しな
い。
【００３４】従って、メイン噴射された燃料２６は、良
好に混合気と混合して燃焼する。
好に混合気と混合して燃焼する。
【００３５】パイロット噴射により予め一部の燃料が気
化され、残りのメイン噴射による燃料も凹部１７の内壁
に付着しないので、燃料２６がより完全燃焼に近い状態
で燃焼する。このため、排ガスが少なくなると共に、未
燃ＨＣ等が減少して排ガスは改善される。
化され、残りのメイン噴射による燃料も凹部１７の内壁
に付着しないので、燃料２６がより完全燃焼に近い状態
で燃焼する。このため、排ガスが少なくなると共に、未
燃ＨＣ等が減少して排ガスは改善される。
【００３６】このように、本実施形態によれば、ピスト
ン上死点前のクランク角約６５°のタイミングでパイロ
ット噴射を行っても、燃料２６の液相部がシリンダボア
側壁１１ａに衝突することがないため、燃料２６の液相
部がシリンダボア側壁１１ａの油膜を掻き落としたり、
溶かす等の不具合が生じることはない。
ン上死点前のクランク角約６５°のタイミングでパイロ
ット噴射を行っても、燃料２６の液相部がシリンダボア
側壁１１ａに衝突することがないため、燃料２６の液相
部がシリンダボア側壁１１ａの油膜を掻き落としたり、
溶かす等の不具合が生じることはない。
【００３７】また、ピストン１２上死点付近で通常のメ
イン噴射を行ったときに、燃料２６の液相部が凹部１７
の内壁１７ａに衝突することがない。即ち、凹部１７の
内壁１７ａに燃料２６の液相部が衝突すると、衝突した
燃料２６が内壁１７ａに付着したり、溜まった状態とな
り、これが未燃焼ＨＣとして燃焼ガス中に排出される場
合があるが、本実施形態では、そのような不具合が生じ
ず、より排ガスを改善できる。また、燃料２６の液相部
が凹部１７内壁に衝突しないことは、凹部１７の耐久性
の向上にもつながる。
イン噴射を行ったときに、燃料２６の液相部が凹部１７
の内壁１７ａに衝突することがない。即ち、凹部１７の
内壁１７ａに燃料２６の液相部が衝突すると、衝突した
燃料２６が内壁１７ａに付着したり、溜まった状態とな
り、これが未燃焼ＨＣとして燃焼ガス中に排出される場
合があるが、本実施形態では、そのような不具合が生じ
ず、より排ガスを改善できる。また、燃料２６の液相部
が凹部１７内壁に衝突しないことは、凹部１７の耐久性
の向上にもつながる。
【００３８】このように、本実施形態によれば、通常よ
り早期のタイミングでパイロット噴射を行うことが可能
なため、排ガスの低減および改善ができる。
り早期のタイミングでパイロット噴射を行うことが可能
なため、排ガスの低減および改善ができる。
【００３９】これまで噴射ノズル２３は窪み部２２内に
設けるとして説明してきたが、窪み部２２は必ずしも設
ける必要はない。即ち、図６に示すように、窪み部２２
を設けずに、噴射ノズル２３をその先端部がシリンダヘ
ッド下面１５ａから突出するように設けることも可能で
ある。しかしながら、この場合、噴射ノズル２３とピス
トン１２の頂部１２ａとの距離が近くなるため、噴口２
５から凹部１７の内壁１７ａまでの距離を、燃料の液相
部長さ以上に形成するためには凹部１７の深さを大きく
しなければならず、その結果、燃焼室１６の容積が増加
して内燃機関の性能低下をまねくおそれがある。特に、
複数の凹部１７を有するタイプでは、各凹部１７の深さ
を大きくせずに、窪み部２２を形成することで燃焼室１
６の容積増加を最小限に抑えることができる。
設けるとして説明してきたが、窪み部２２は必ずしも設
ける必要はない。即ち、図６に示すように、窪み部２２
を設けずに、噴射ノズル２３をその先端部がシリンダヘ
ッド下面１５ａから突出するように設けることも可能で
ある。しかしながら、この場合、噴射ノズル２３とピス
トン１２の頂部１２ａとの距離が近くなるため、噴口２
５から凹部１７の内壁１７ａまでの距離を、燃料の液相
部長さ以上に形成するためには凹部１７の深さを大きく
しなければならず、その結果、燃焼室１６の容積が増加
して内燃機関の性能低下をまねくおそれがある。特に、
複数の凹部１７を有するタイプでは、各凹部１７の深さ
を大きくせずに、窪み部２２を形成することで燃焼室１
６の容積増加を最小限に抑えることができる。
【００４０】また、凹部１７の深さを小さくできること
は、ピストン１２の耐久性向上、および軽量化につなが
る。即ち、凹部１７の深さを大きくすればピストン１２
の強度が低下するし、また、凹部１７の深さを大きくす
るにはピストン１２の軸方向の肉厚を厚くしなければな
らず、重量が重くなる。
は、ピストン１２の耐久性向上、および軽量化につなが
る。即ち、凹部１７の深さを大きくすればピストン１２
の強度が低下するし、また、凹部１７の深さを大きくす
るにはピストン１２の軸方向の肉厚を厚くしなければな
らず、重量が重くなる。
【００４１】そこで、図１に示したように、シリンダヘ
ッド下面１５ａに窪み部２２を設けて、そこに噴射ノズ
ル２３を設けるようにすれば、噴射ノズル２３の先端部
からピストン１２頂部１２ａまでの距離を大きくできる
ため、凹部１７の深さを小さくでき、燃焼室１６容積の
増大による性能低下を防止できると共に、ピストン１２
の耐久性向上、軽量化を図ることができる。
ッド下面１５ａに窪み部２２を設けて、そこに噴射ノズ
ル２３を設けるようにすれば、噴射ノズル２３の先端部
からピストン１２頂部１２ａまでの距離を大きくできる
ため、凹部１７の深さを小さくでき、燃焼室１６容積の
増大による性能低下を防止できると共に、ピストン１２
の耐久性向上、軽量化を図ることができる。
【００４２】また、各凹部１７はそれぞれ別個に形成す
るとして図示してきたが、本発明はこの点において限定
されず、図１に点線Ｃで示すように、各凹部１７を連続
させて形成するようにしても良い。
るとして図示してきたが、本発明はこの点において限定
されず、図１に点線Ｃで示すように、各凹部１７を連続
させて形成するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
す如く優れた効果を発揮するものである。１）通常より
早期のタイミングでパイロット噴射を行うことが可能な
ため、排ガスの低減および改善ができる。２）燃料の液
相部が凹部内壁に衝突することを防止でき、排ガスを改
善できる。
す如く優れた効果を発揮するものである。１）通常より
早期のタイミングでパイロット噴射を行うことが可能な
ため、排ガスの低減および改善ができる。２）燃料の液
相部が凹部内壁に衝突することを防止でき、排ガスを改
善できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る直接噴射式内燃機関
における燃焼室構造を示す側面断面図である。
における燃焼室構造を示す側面断面図である。
【図２】ピストンの頂部を示す平面図である。
【図３】噴口及び凹部の拡大断面図である。
【図４】噴口径と液相長さとの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】本発明の一実施形態に係る直接噴射式内燃機関
において、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタ
イミングでパイロット噴射を行った状態を示す側面断面
図である。
において、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタ
イミングでパイロット噴射を行った状態を示す側面断面
図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る直接噴射式内燃機関
における燃焼室構造を示す側面断面図である。
における燃焼室構造を示す側面断面図である。
【図７】従来の直接噴射式内燃機関において、ピストン
上死点前のクランク角約６５°のタイミングでパイロッ
ト噴射を行った状態を示す側面断面図である。
上死点前のクランク角約６５°のタイミングでパイロッ
ト噴射を行った状態を示す側面断面図である。
１１ シリンダボア １１ａ シリンダボア側壁 １２ ピストン １６ 燃焼室 １７ 凹部 １７ａ 凹部内壁 ２３ 噴射ノズル ２５ 噴口 ２６ 燃料
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｊ 3/26 3/26 Ｂ Ｃ Ｆ０２Ｍ 45/04 Ｆ０２Ｍ 45/04 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ｄ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ
Claims (5)
- 【請求項１】 シリンダボア、シリンダヘッド下面及び
ピストン頂部に形成された凹部で区画される燃焼室と、
該燃焼室に噴口から燃料を噴射する噴射ノズルとを備え
た直接噴射式内燃機関において、上記ピストンが上死点
に位置したときの、上記噴口から、燃料噴射方向におけ
る凹部内壁までの距離を、噴射される燃料の液相部の長
さ以上にしたことを特徴とする直接噴射式内燃機関。 - 【請求項２】 上記噴射ノズルは複数の噴口を有し、燃
焼室の略中心から放射状に燃料を噴射するように構成さ
れ、上記凹部が、各噴口から噴射される燃料にそれぞれ
対応するように噴口と同数形成される請求項１記載の直
接噴射式内燃機関。 - 【請求項３】 上記噴射される燃料の液相部の長さＨ
が、上記噴口の径をｄとした場合、Ｈ＝１２０ｄ＋１と
Ｈ＝１２０ｄ＋３の式から算出される範囲に相当する請
求項１又は２いずれかに記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項４】 上記シリンダヘッド下面に、シリンダヘ
ッド上面側に窪んだ窪み部が形成され、噴口を有する上
記噴射ノズルの先端部が窪み部内に突出される請求項１
〜３いずれかに記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項５】 上記噴射ノズルは、パイロット噴射とメ
イン噴射とを実行するものであり、上記パイロット噴射
が、ピストン上死点前のクランク角約６５°のタイミン
グで行われる請求項１〜４いずれかに記載の直接噴射式
内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082893A JP2002276373A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 直接噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082893A JP2002276373A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 直接噴射式内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002276373A true JP2002276373A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18938777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001082893A Pending JP2002276373A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 直接噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002276373A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040036040A (ko) * | 2002-10-23 | 2004-04-30 | 현대자동차주식회사 | 연료분사 간섭방지를 위한 디젤엔진의 인젝터 장착구조 |
| WO2004109095A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Caterpillar, Inc. | Fuel injector nozzle for an internal combustion engine |
| WO2005073534A1 (de) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Daimlerchrysler Ag | Direkteinspritzende brennkraftmachine |
| FR2880915A1 (fr) * | 2005-01-20 | 2006-07-21 | Renault Sas | Moteur diesel a combustion interne a chambre de combustion presentant une forme de type "col sonique" |
| JP2006328998A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Yanmar Co Ltd | 予混合圧縮自着火式内燃機関 |
| JP2006328999A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Yanmar Co Ltd | 予混合圧縮自着火式内燃機関 |
| WO2008110404A1 (de) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Continental Automotive Gmbh | Zylinderkopf für brennkraftmaschinen und brennkraftmaschinen mit einem solchen zylinderkopf |
| WO2009045641A1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | General Electric Company | Diesel combustion system with re-entrant piston bowl |
| JP2009281378A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-12-03 | Honda Motor Co Ltd | 燃料直噴エンジン |
| CN102032036A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-04-27 | 中国第一汽车集团公司 | 重型柴油机用双唇口燃烧室 |
| CN102661193A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-09-12 | 大连理工大学 | 直喷式柴油机双层分流燃烧系统 |
| US8967129B2 (en) | 2011-01-26 | 2015-03-03 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion chamber for direct injection engines and method |
| US9909549B2 (en) | 2014-10-01 | 2018-03-06 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection |
| US10138855B2 (en) | 2015-07-01 | 2018-11-27 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection with ignition assist |
| US10161626B2 (en) | 2015-07-01 | 2018-12-25 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection |
| US10801395B1 (en) | 2016-11-29 | 2020-10-13 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection |
| US11713742B1 (en) | 2021-03-09 | 2023-08-01 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection system alignment device |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001082893A patent/JP2002276373A/ja active Pending
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7032566B2 (en) | 2003-05-30 | 2006-04-25 | Caterpillar Inc. | Fuel injector nozzle for an internal combustion engine |
| US7290520B2 (en) | 2003-05-30 | 2007-11-06 | Caterpillar Inc | Fuel injector nozzle for an internal combustion engine |
| US7444980B2 (en) | 2003-05-30 | 2008-11-04 | Caterpillar Inc. | Fuel injector nozzle for an internal combustion engine |
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