JP2002276374A - ディーゼルエンジンの燃焼システム - Google Patents
ディーゼルエンジンの燃焼システムInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 直噴式ディーゼルエンジンの燃焼システムに
おいて２段噴射を行う際に発生していた、第１段目の噴
射燃料に基づく燃焼ガスに第２段目の燃料噴射が突入し
てしまうという課題を解決する。 【解決手段】シリンダ内に往復動可能に配設されたピス
トンの頂部に設けられた燃焼室と、該燃焼室に向けて圧
縮上死点近傍において第１段目を噴射し、その後圧縮上
死点から離れたタイミングにおいて第２段目を噴射する
多段階に燃料噴射可能な燃料噴射装置と、を有するディ
ーゼルエンジンの燃焼システムにおいて、該燃料噴射装
置は、該シリンダの軸方向に延びる該燃焼室の中心線に
対して所定の燃料噴射開き角度をもって燃料噴射するよ
うに構成されており、該第２段目の噴射の燃料噴射開き
角度が該第１段目の噴射の燃料噴射開き角度より広い角
度に設定されている、ディーゼルエンジンの燃焼システ
ムを提供する。
おいて２段噴射を行う際に発生していた、第１段目の噴
射燃料に基づく燃焼ガスに第２段目の燃料噴射が突入し
てしまうという課題を解決する。 【解決手段】シリンダ内に往復動可能に配設されたピス
トンの頂部に設けられた燃焼室と、該燃焼室に向けて圧
縮上死点近傍において第１段目を噴射し、その後圧縮上
死点から離れたタイミングにおいて第２段目を噴射する
多段階に燃料噴射可能な燃料噴射装置と、を有するディ
ーゼルエンジンの燃焼システムにおいて、該燃料噴射装
置は、該シリンダの軸方向に延びる該燃焼室の中心線に
対して所定の燃料噴射開き角度をもって燃料噴射するよ
うに構成されており、該第２段目の噴射の燃料噴射開き
角度が該第１段目の噴射の燃料噴射開き角度より広い角
度に設定されている、ディーゼルエンジンの燃焼システ
ムを提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内の燃焼
室に多段階に直接的に燃料を噴射するディーゼルエンジ
ンの燃焼システムに関わる。
室に多段階に直接的に燃料を噴射するディーゼルエンジ
ンの燃焼システムに関わる。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンは大きく副燃焼室式
（以下副室式）と直接噴射式（以下直噴式）に分けら
れ、近年は特に低燃費化の要求を受けて、絞り損失を持
たず、副室式に比べ熱損失の少ない直噴式のディーゼル
エンジンが多く採用されるようになっている。
（以下副室式）と直接噴射式（以下直噴式）に分けら
れ、近年は特に低燃費化の要求を受けて、絞り損失を持
たず、副室式に比べ熱損失の少ない直噴式のディーゼル
エンジンが多く採用されるようになっている。
【０００３】直噴式ディーゼルエンジンは、シリンダ内
のピストン頂面に燃焼室を設けてその燃焼室に直接燃料
を噴射する。そして、燃焼室内の空気が圧縮され着火温
度に達すると燃料が自己着火し燃焼を開始してシリンダ
内が膨張し、ピストンを下降せしめて回転エネルギーに
変換する。
のピストン頂面に燃焼室を設けてその燃焼室に直接燃料
を噴射する。そして、燃焼室内の空気が圧縮され着火温
度に達すると燃料が自己着火し燃焼を開始してシリンダ
内が膨張し、ピストンを下降せしめて回転エネルギーに
変換する。
【０００４】ディーゼルエンジンは、上記したようにガ
ソリンエンジンのように着火装置（点火プラグ）を持た
ないためシリンダ内をガソリンエンジンに比べ高圧に圧
縮する必要がある。特に、直噴式ディーゼルエンジンで
は高圧縮雰囲気中のシリンダ内に燃料を噴射することに
なるため、燃料噴射圧力も高圧になる。燃料噴射圧力が
高圧になることで燃焼室内の燃料噴霧の到達距離も増大
し燃焼室への壁面付着燃料が増大し、燃料の微粒化や燃
焼室における空気との混合が阻害されるため、直噴式デ
ィーゼルエンジンは空気過剰率が大きいにもかかわらず
排気ガス（黒煙）の悪化を招くおそれがあった。
ソリンエンジンのように着火装置（点火プラグ）を持た
ないためシリンダ内をガソリンエンジンに比べ高圧に圧
縮する必要がある。特に、直噴式ディーゼルエンジンで
は高圧縮雰囲気中のシリンダ内に燃料を噴射することに
なるため、燃料噴射圧力も高圧になる。燃料噴射圧力が
高圧になることで燃焼室内の燃料噴霧の到達距離も増大
し燃焼室への壁面付着燃料が増大し、燃料の微粒化や燃
焼室における空気との混合が阻害されるため、直噴式デ
ィーゼルエンジンは空気過剰率が大きいにもかかわらず
排気ガス（黒煙）の悪化を招くおそれがあった。
【０００５】一方、近年におけるディーゼルエンジンで
は、１回の燃料噴射に１回のポンプ作動を対応させて圧
送する分配型燃料噴射装置や、列型燃料噴射装置などで
はない、蓄圧式燃料噴射システムが多く採用されるよう
になった。蓄圧式燃料噴射システムは、図３に示すよう
にエンジンによって駆動されるサプライポンプ１と、サ
プライポンプの圧送量を調節するサプライポンプ制御弁
２、サプライポンプ１から配管３を通じて圧送される燃
料を高圧に蓄圧するコモンレール４、コモンレール４と
配管５によって接続されたインジェクタ６、インジェク
タの燃料噴射開始と終了をＯＮ／ＯＦＦ制御するための
電磁弁１０、インジェクタからのリーク燃料を燃料タン
ク８へ放出する配管７、燃料タンク８からサプライポン
プ１に燃料を送出する配管９、コモンレール内の圧力を
検出する圧力センサ１１、及びサプライポンプ制御弁２
とインジェクタの電磁弁１０を含めエンジンの制御を実
行するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２を
有している。
は、１回の燃料噴射に１回のポンプ作動を対応させて圧
送する分配型燃料噴射装置や、列型燃料噴射装置などで
はない、蓄圧式燃料噴射システムが多く採用されるよう
になった。蓄圧式燃料噴射システムは、図３に示すよう
にエンジンによって駆動されるサプライポンプ１と、サ
プライポンプの圧送量を調節するサプライポンプ制御弁
２、サプライポンプ１から配管３を通じて圧送される燃
料を高圧に蓄圧するコモンレール４、コモンレール４と
配管５によって接続されたインジェクタ６、インジェク
タの燃料噴射開始と終了をＯＮ／ＯＦＦ制御するための
電磁弁１０、インジェクタからのリーク燃料を燃料タン
ク８へ放出する配管７、燃料タンク８からサプライポン
プ１に燃料を送出する配管９、コモンレール内の圧力を
検出する圧力センサ１１、及びサプライポンプ制御弁２
とインジェクタの電磁弁１０を含めエンジンの制御を実
行するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２を
有している。
【０００６】エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２は、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転
速度センサからの検出信号を入力し、これら各センサの
検出値をパラメータとして燃料噴射量を決定する。そし
て、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２は、
燃料噴射量とエンジン回転速度からコモンレールの目標
圧力を決定し、圧力センサ１１から検出される現在のコ
モンレール圧力との偏差からサプライポンプ１の圧送量
を決定して、サプライポンプの送出量を調整する電磁弁
２の開閉タイミングをコントロールする。
１２は、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転
速度センサからの検出信号を入力し、これら各センサの
検出値をパラメータとして燃料噴射量を決定する。そし
て、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２は、
燃料噴射量とエンジン回転速度からコモンレールの目標
圧力を決定し、圧力センサ１１から検出される現在のコ
モンレール圧力との偏差からサプライポンプ１の圧送量
を決定して、サプライポンプの送出量を調整する電磁弁
２の開閉タイミングをコントロールする。
【０００７】コモンレール４にはエンジンの運転状態に
応じた圧力にて燃料が蓄圧されており、燃料噴射はイン
ジェクタ６に設けられた電磁弁１０のＯＮ，ＯＦＦを制
御することにより行われる。燃料噴射量はコモンレール
内の圧力と噴射期間でコントロールされる。また、コモ
ンレールの燃料圧力はエンジンの運転状態により変化さ
せることでき、サプライポンプ１の燃料圧送とインジェ
クタ６の電磁弁１０のＯＮ，ＯＦＦ制御は別々に実行さ
れる。そのため、蓄圧式燃料噴射システムでは任意のタ
イミング、任意の噴射圧力で燃料を噴射でき、その噴射
回数も自由に設定が可能である。
応じた圧力にて燃料が蓄圧されており、燃料噴射はイン
ジェクタ６に設けられた電磁弁１０のＯＮ，ＯＦＦを制
御することにより行われる。燃料噴射量はコモンレール
内の圧力と噴射期間でコントロールされる。また、コモ
ンレールの燃料圧力はエンジンの運転状態により変化さ
せることでき、サプライポンプ１の燃料圧送とインジェ
クタ６の電磁弁１０のＯＮ，ＯＦＦ制御は別々に実行さ
れる。そのため、蓄圧式燃料噴射システムでは任意のタ
イミング、任意の噴射圧力で燃料を噴射でき、その噴射
回数も自由に設定が可能である。
【０００８】上記したように、高圧化した直噴式ディー
ゼルエンジンでは、燃料噴射圧力により却って排気ガス
（黒煙）が悪化するという問題がある。その対策として
更なる噴霧の微粒化を図るべく多噴孔、小噴孔径化も試
みられているが、蓄圧式燃料噴射システムの特性を生か
し、主噴射を複数回に分割する多段噴射も試みられてい
る。多段噴射にすることで先に噴射される燃料の燃焼を
後に噴射する燃料の燃焼によって撹乱し、より燃焼室の
空気利用率を高め燃費の悪化など招かずに排気ガス（黒
煙）の改善を図ろうとするものである。直噴式ディーゼ
ルエンジンの２段噴射の例を図４に示す。
ゼルエンジンでは、燃料噴射圧力により却って排気ガス
（黒煙）が悪化するという問題がある。その対策として
更なる噴霧の微粒化を図るべく多噴孔、小噴孔径化も試
みられているが、蓄圧式燃料噴射システムの特性を生か
し、主噴射を複数回に分割する多段噴射も試みられてい
る。多段噴射にすることで先に噴射される燃料の燃焼を
後に噴射する燃料の燃焼によって撹乱し、より燃焼室の
空気利用率を高め燃費の悪化など招かずに排気ガス（黒
煙）の改善を図ろうとするものである。直噴式ディーゼ
ルエンジンの２段噴射の例を図４に示す。
【０００９】図４の（ａ）は、圧縮行程上死点前のタイ
ミングでインジェクタ６から第１段目の燃料噴射が行わ
れる状態を示す。図４の（ｂ）は上死点後膨張行程に入
り噴霧が拡がりつつ着火遅れ期間を経て着火が開始され
ている状態を示す。図４の（ｃ）は、インジェクタ６か
ら第２段目の噴射が行われ、ピストンＰが下降し噴霧が
拡がりながら第１段目の噴射による燃焼ガスに向かって
第２段目の噴射が拡がっていく状態を示している。
ミングでインジェクタ６から第１段目の燃料噴射が行わ
れる状態を示す。図４の（ｂ）は上死点後膨張行程に入
り噴霧が拡がりつつ着火遅れ期間を経て着火が開始され
ている状態を示す。図４の（ｃ）は、インジェクタ６か
ら第２段目の噴射が行われ、ピストンＰが下降し噴霧が
拡がりながら第１段目の噴射による燃焼ガスに向かって
第２段目の噴射が拡がっていく状態を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、通常
のインジェクタでは複数回実施される多段噴射の燃料噴
射方向が同一であるため第１段目の燃料噴射による燃焼
ガス雰囲気中に第２段の燃料噴射が突入し、却って空気
の利用率を下げ排気ガス（黒煙）の改善効果が得られな
いという問題が発生する。
のインジェクタでは複数回実施される多段噴射の燃料噴
射方向が同一であるため第１段目の燃料噴射による燃焼
ガス雰囲気中に第２段の燃料噴射が突入し、却って空気
の利用率を下げ排気ガス（黒煙）の改善効果が得られな
いという問題が発生する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
るために、本発明においては、シリンダ内に往復動可能
に配設されたピストンの頂部に設けられた燃焼室と、該
燃焼室に向けて圧縮上死点近傍において第１段目を噴射
し、その後圧縮上死点から離れたタイミングにおいて第
２段目を噴射する多段階に燃料噴射可能な燃料噴射装置
と、を有するディーゼルエンジンの燃焼システムにおい
て、該燃料噴射装置は、該シリンダの軸方向に延びる該
燃焼室の中心線に対して所定の燃料噴射開き角度をもっ
て燃料噴射するように構成されており、該第２段目の噴
射の燃料噴射開き角度が該第１段目の噴射の燃料噴射開
き角度より広い角度に設定されている、ことを特徴とす
るディーゼルエンジンの燃焼システムが提供される。
るために、本発明においては、シリンダ内に往復動可能
に配設されたピストンの頂部に設けられた燃焼室と、該
燃焼室に向けて圧縮上死点近傍において第１段目を噴射
し、その後圧縮上死点から離れたタイミングにおいて第
２段目を噴射する多段階に燃料噴射可能な燃料噴射装置
と、を有するディーゼルエンジンの燃焼システムにおい
て、該燃料噴射装置は、該シリンダの軸方向に延びる該
燃焼室の中心線に対して所定の燃料噴射開き角度をもっ
て燃料噴射するように構成されており、該第２段目の噴
射の燃料噴射開き角度が該第１段目の噴射の燃料噴射開
き角度より広い角度に設定されている、ことを特徴とす
るディーゼルエンジンの燃焼システムが提供される。
【００１２】上記燃焼室は、ピストン頂部から底部に向
かうに従い径が小さくなるように設けられていることが
望ましい。
かうに従い径が小さくなるように設けられていることが
望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるディーゼルエ
ンジンの燃焼システムを図１、図２に示す実施の形態に
基づいて説明する。図１はシリンダヘッド３０に配設さ
れるインジェクタ１３と、シリンダブロック３１に形成
されたシリンダ３２内を往復運動するピストン２０を示
している。
ンジンの燃焼システムを図１、図２に示す実施の形態に
基づいて説明する。図１はシリンダヘッド３０に配設さ
れるインジェクタ１３と、シリンダブロック３１に形成
されたシリンダ３２内を往復運動するピストン２０を示
している。
【００１４】該インジェクタ１３は異なるタイミングで
２つの燃料噴射開き角度で噴射することが出来るインジ
ェクタであり、発明の要部ではないのでここではその詳
細を省略するが、例えば本出願人が先に出願している特
開平８−３５４６７号公報に記載されたインジェクタを
使用することが出来る。以下に本発明の実施形態におけ
る燃料噴射タイミング、燃料噴射開き角度及びピストン
２０の位置関係について説明する。
２つの燃料噴射開き角度で噴射することが出来るインジ
ェクタであり、発明の要部ではないのでここではその詳
細を省略するが、例えば本出願人が先に出願している特
開平８−３５４６７号公報に記載されたインジェクタを
使用することが出来る。以下に本発明の実施形態におけ
る燃料噴射タイミング、燃料噴射開き角度及びピストン
２０の位置関係について説明する。
【００１５】図１において実線で示すピストン２０は圧
縮上死点の近傍に位置しており、このタイミングで第１
段目の燃料噴射が行われる。この時のインジェクタ１３
から噴射される燃料の燃料噴射開き角度（この場合の燃
料噴射開き角度とはシリンダ３２の軸方向に延びる燃焼
室２１の中心線Ｏと燃料噴射方向により形成される角度
を言う）は、燃焼室２１の中心線Ｏと燃料噴射方向Ｆ１
とにより形成される角度β１である。この第１段の燃料
噴射は、燃焼室２１の比較的底部方向に向けて噴射され
る。
縮上死点の近傍に位置しており、このタイミングで第１
段目の燃料噴射が行われる。この時のインジェクタ１３
から噴射される燃料の燃料噴射開き角度（この場合の燃
料噴射開き角度とはシリンダ３２の軸方向に延びる燃焼
室２１の中心線Ｏと燃料噴射方向により形成される角度
を言う）は、燃焼室２１の中心線Ｏと燃料噴射方向Ｆ１
とにより形成される角度β１である。この第１段の燃料
噴射は、燃焼室２１の比較的底部方向に向けて噴射され
る。
【００１６】次に、ピストン２０が下降して圧縮上死点
から遠ざかった位置、つまり膨張行程においてピストン
２０が２点鎖線で示す位置で第２段目の燃料噴射が実行
される。この時のインジェクタ１３からの燃料噴射方向
Ｆ２に噴射される燃料の燃料噴射開き角度（シリンダ３
２の軸方向に延びる燃焼室２１の中心線Ｏと燃料噴射方
向Ｆ２により形成される角度）はβ２である。この第２
段目の噴射の燃料噴射開き角度β２は、上記第１段目の
噴射の燃料噴射開き角度β１より広い角度に設定されて
いる（β１＜β２）。
から遠ざかった位置、つまり膨張行程においてピストン
２０が２点鎖線で示す位置で第２段目の燃料噴射が実行
される。この時のインジェクタ１３からの燃料噴射方向
Ｆ２に噴射される燃料の燃料噴射開き角度（シリンダ３
２の軸方向に延びる燃焼室２１の中心線Ｏと燃料噴射方
向Ｆ２により形成される角度）はβ２である。この第２
段目の噴射の燃料噴射開き角度β２は、上記第１段目の
噴射の燃料噴射開き角度β１より広い角度に設定されて
いる（β１＜β２）。
【００１７】上記したピストン２０の往復運動と燃料噴
射タイミング、及び燃焼の状況を更に詳しく図２を用い
て説明する。 図２はクランクアングル（以下ＣＡとす
る）８°〜３２°までを燃料噴射と合わせて示したもの
である。本実施形態では第１段目の燃料噴射がＣＡ＝８
°〜１４°の期間に、第２段目の燃料噴射がＣＡ＝２６
°〜３２°の期間にて実施される。なお、ＣＡはピスト
ンの圧縮上死点をＣＡ＝０°とし、前後ＣＡ＝−３６０
°〜ＣＡ＝３６０°（クランク軸２回転）で１サイクル
が完了する。
射タイミング、及び燃焼の状況を更に詳しく図２を用い
て説明する。 図２はクランクアングル（以下ＣＡとす
る）８°〜３２°までを燃料噴射と合わせて示したもの
である。本実施形態では第１段目の燃料噴射がＣＡ＝８
°〜１４°の期間に、第２段目の燃料噴射がＣＡ＝２６
°〜３２°の期間にて実施される。なお、ＣＡはピスト
ンの圧縮上死点をＣＡ＝０°とし、前後ＣＡ＝−３６０
°〜ＣＡ＝３６０°（クランク軸２回転）で１サイクル
が完了する。
【００１８】図２の（ａ）はＣＡ＝８°において第１段
目の燃料噴射が開始されている状態を示す。燃料噴射が
開始された直後であるので未だ着火遅れ期間であり、燃
焼そのものは開始されていない。この第１段目の燃料噴
射開き角度はβ１であり、およそ７０°である。図２の
（ｂ）はＣＡ＝１０°で燃料噴射が継続され燃焼室２０
の底部外方に到達し始めている状態を示す。この時も燃
料の着火は始まっておらず、燃料が高温高圧のシリンダ
内において酸化が進み着火直前になっている。図２の
（ｃ）はＣＡ＝１２°であり、第１段目の噴射燃料が着
火を始めた状態を示す。燃焼は燃焼室２１の底部周辺で
始まり更に継続して噴射されている燃料へと連続的に拡
がってゆく。図２の（ｄ）はＣＡ＝１４°であり、第１
段目の燃料噴射が終了している状態を示す。第１段目の
燃焼が本格的に進行し、噴霧の勢いとともに燃焼室外側
へと拡がっていく。
目の燃料噴射が開始されている状態を示す。燃料噴射が
開始された直後であるので未だ着火遅れ期間であり、燃
焼そのものは開始されていない。この第１段目の燃料噴
射開き角度はβ１であり、およそ７０°である。図２の
（ｂ）はＣＡ＝１０°で燃料噴射が継続され燃焼室２０
の底部外方に到達し始めている状態を示す。この時も燃
料の着火は始まっておらず、燃料が高温高圧のシリンダ
内において酸化が進み着火直前になっている。図２の
（ｃ）はＣＡ＝１２°であり、第１段目の噴射燃料が着
火を始めた状態を示す。燃焼は燃焼室２１の底部周辺で
始まり更に継続して噴射されている燃料へと連続的に拡
がってゆく。図２の（ｄ）はＣＡ＝１４°であり、第１
段目の燃料噴射が終了している状態を示す。第１段目の
燃焼が本格的に進行し、噴霧の勢いとともに燃焼室外側
へと拡がっていく。
【００１９】図２の（ｅ）はＣＡ＝２６°であり、第２
段の燃料噴射が開始された状態を示す。この第２段の燃
料噴射開き角度はβ２であり、およそ８０°である。こ
の第２段目の燃料噴射が行われるタイミングでは既に燃
焼室２１の底部及び外周付近で燃焼が行われているので
高温高圧雰囲気になっている状態である。図２の（ｆ）
はＣＡ＝２８°であり、第２段目の燃料噴射が継続され
ている状態を示す。第２段目の燃料噴射では上記したよ
うに既に第１段目の燃料噴射に基づく燃焼が行われてい
るので、燃焼室２１内が高温高圧雰囲気であるため、第
１段目の燃料噴射の時の着火開始に比べ、噴射開始から
の時間は早く着火が行われる。図２の（ｇ）はＣＡ＝３
０°であり、第２段目の燃料噴射が更に継続し且つ第２
段目の燃料噴射に基づく燃焼が進行している状態を示
す。上記したように外周付近が高温高圧雰囲気であるた
め、燃料噴霧は外周まで到達せず、また噴射角度が広く
されていることも手伝って第１段目の燃焼で利用されて
いない空間つまり燃焼室２１内周側、及び上部外周側に
おいて主に燃焼が進行する。図２の（ｈ）はＣＡ＝３２
°であり、第２段目の燃料噴射が終了している状態を示
す。図に示されるように第１段目の燃料噴射に基づく燃
焼と第２段目の燃料噴射に基づく燃焼が燃焼室２１の底
部と外周側、及び燃焼室２１の内周側及び上部外周側と
両者が干渉せずに燃焼が行われ燃焼室２１内の空気全体
が効率よく利用されているのがわかる。
段の燃料噴射が開始された状態を示す。この第２段の燃
料噴射開き角度はβ２であり、およそ８０°である。こ
の第２段目の燃料噴射が行われるタイミングでは既に燃
焼室２１の底部及び外周付近で燃焼が行われているので
高温高圧雰囲気になっている状態である。図２の（ｆ）
はＣＡ＝２８°であり、第２段目の燃料噴射が継続され
ている状態を示す。第２段目の燃料噴射では上記したよ
うに既に第１段目の燃料噴射に基づく燃焼が行われてい
るので、燃焼室２１内が高温高圧雰囲気であるため、第
１段目の燃料噴射の時の着火開始に比べ、噴射開始から
の時間は早く着火が行われる。図２の（ｇ）はＣＡ＝３
０°であり、第２段目の燃料噴射が更に継続し且つ第２
段目の燃料噴射に基づく燃焼が進行している状態を示
す。上記したように外周付近が高温高圧雰囲気であるた
め、燃料噴霧は外周まで到達せず、また噴射角度が広く
されていることも手伝って第１段目の燃焼で利用されて
いない空間つまり燃焼室２１内周側、及び上部外周側に
おいて主に燃焼が進行する。図２の（ｈ）はＣＡ＝３２
°であり、第２段目の燃料噴射が終了している状態を示
す。図に示されるように第１段目の燃料噴射に基づく燃
焼と第２段目の燃料噴射に基づく燃焼が燃焼室２１の底
部と外周側、及び燃焼室２１の内周側及び上部外周側と
両者が干渉せずに燃焼が行われ燃焼室２１内の空気全体
が効率よく利用されているのがわかる。
【００２０】以上図２の（ａ）〜（ｈ）に示すように、
第１段目の燃料噴射をピストン２０が圧縮上死点付近に
あるときに行い、その時の燃料噴射開き角度β１を小さ
く設定し燃焼室２１の底部外周側に噴射する。また第２
段目の燃料噴射を第１段目の燃料噴射のタイミングより
もピストンが圧縮上死点から離れた位置において燃料噴
射開き角度β２を広く（つまりβ１＜β２）設定した状
態で行うことで燃焼室全体の空気を効率よく利用するこ
とができ、排気ガス中の黒煙を改善することが出来る。
第１段目の燃料噴射をピストン２０が圧縮上死点付近に
あるときに行い、その時の燃料噴射開き角度β１を小さ
く設定し燃焼室２１の底部外周側に噴射する。また第２
段目の燃料噴射を第１段目の燃料噴射のタイミングより
もピストンが圧縮上死点から離れた位置において燃料噴
射開き角度β２を広く（つまりβ１＜β２）設定した状
態で行うことで燃焼室全体の空気を効率よく利用するこ
とができ、排気ガス中の黒煙を改善することが出来る。
【００２１】なお、燃焼室２１の形状については本実施
形態で、いわゆる浅皿型の燃焼室を提示したが本発明は
この浅皿型の燃焼室に限定されない。ピストン頂部の燃
焼室開口部径が絞られたリエントラント型燃焼室や、ト
ロイダル型燃焼室でも同様の技術思想に基づき実施する
ことは可能である。ただし、近年のディーゼルエンジン
に対する燃費向上、出力の向上、及び排気ガスの向上を
考慮すれば、該燃焼室の形状は実施形態で示したよう
な、ピストン頂部の開口部から底部に向かうに従い径が
小さくなるように設けられているいわゆる浅皿型が好ま
しい。
形態で、いわゆる浅皿型の燃焼室を提示したが本発明は
この浅皿型の燃焼室に限定されない。ピストン頂部の燃
焼室開口部径が絞られたリエントラント型燃焼室や、ト
ロイダル型燃焼室でも同様の技術思想に基づき実施する
ことは可能である。ただし、近年のディーゼルエンジン
に対する燃費向上、出力の向上、及び排気ガスの向上を
考慮すれば、該燃焼室の形状は実施形態で示したよう
な、ピストン頂部の開口部から底部に向かうに従い径が
小さくなるように設けられているいわゆる浅皿型が好ま
しい。
【００２２】上記浅皿型燃焼室は他のリエントラント型
燃焼室などに比べ燃焼室容積あたりの表面積が小さいた
め、燃焼室周辺における熱損失が少く燃費の向上に寄与
する。また本発明に基づく第１段目、第２段目の燃料噴
射を行う場合に、第１段目の噴射燃料を燃焼室の底部か
ら外周に向かって進行させ、第１段目の噴射による燃焼
を燃焼室の外周に沿って行わせる効果があり、第２段目
の燃料噴射に基づく燃焼と第１段目の噴射に基づく燃焼
を、より干渉させない効果を有している。
燃焼室などに比べ燃焼室容積あたりの表面積が小さいた
め、燃焼室周辺における熱損失が少く燃費の向上に寄与
する。また本発明に基づく第１段目、第２段目の燃料噴
射を行う場合に、第１段目の噴射燃料を燃焼室の底部か
ら外周に向かって進行させ、第１段目の噴射による燃焼
を燃焼室の外周に沿って行わせる効果があり、第２段目
の燃料噴射に基づく燃焼と第１段目の噴射に基づく燃焼
を、より干渉させない効果を有している。
【００２３】また、第１段目と第２段目の燃料噴射量に
ついては７：３〜５：５の比率の範囲が好ましい。これ
は第１段目の噴射燃料が燃焼で利用する外周側と、第２
段目の噴射燃料が燃焼で利用する内周側の空間容積比率
と関係あるが、この範囲を外れると黒煙の低減効果が小
さくなってしまう。さらに第1 段目の燃料噴射と第２段
目の燃料噴射のインターバルはあまり広げると第１段目
の燃料噴射に基づく燃焼が第２段目の燃料噴射前に燃焼
室内に拡がりすぎて第２段目の燃料噴射の噴霧が拡散す
るのを妨げ、却って良好な燃焼を阻害する。よって第１
段目の燃料噴射終了から第２段目の燃料噴射のインター
バルはおおよそクランクアングルで１２°以内が望まし
く、さらには２°から８°以内がより好ましい。
ついては７：３〜５：５の比率の範囲が好ましい。これ
は第１段目の噴射燃料が燃焼で利用する外周側と、第２
段目の噴射燃料が燃焼で利用する内周側の空間容積比率
と関係あるが、この範囲を外れると黒煙の低減効果が小
さくなってしまう。さらに第1 段目の燃料噴射と第２段
目の燃料噴射のインターバルはあまり広げると第１段目
の燃料噴射に基づく燃焼が第２段目の燃料噴射前に燃焼
室内に拡がりすぎて第２段目の燃料噴射の噴霧が拡散す
るのを妨げ、却って良好な燃焼を阻害する。よって第１
段目の燃料噴射終了から第２段目の燃料噴射のインター
バルはおおよそクランクアングルで１２°以内が望まし
く、さらには２°から８°以内がより好ましい。
【００２４】本発明に好適な燃料噴射装置は、第１段目
の燃料噴射と第２段目の燃料噴射に分けて且つ噴射角度
を変更できるものであれば良いが、必ずしも発明の実施
の形態で述べたものに限定されるものでなく、また更に
言えば必ずしも１気筒に対して一本のインジェクタであ
る必要はなく、一本のインジェクタで２段階に燃料噴射
を分けて噴射方向を変更することが困難な場合は２本の
インジェクタをシリンダの上部中央に配置して使い分け
ても良い。
の燃料噴射と第２段目の燃料噴射に分けて且つ噴射角度
を変更できるものであれば良いが、必ずしも発明の実施
の形態で述べたものに限定されるものでなく、また更に
言えば必ずしも１気筒に対して一本のインジェクタであ
る必要はなく、一本のインジェクタで２段階に燃料噴射
を分けて噴射方向を変更することが困難な場合は２本の
インジェクタをシリンダの上部中央に配置して使い分け
ても良い。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、直噴式ディーゼルエン
ジンの燃焼システムにおいて２段噴射を行う際に発生し
ていた、第１段目の噴射燃料に基づく燃焼ガスに第２段
目の燃料噴射が突入してしまうという問題が回避でき燃
焼室の空気利用率が向上し黒煙の低減が可能となる。
ジンの燃焼システムにおいて２段噴射を行う際に発生し
ていた、第１段目の噴射燃料に基づく燃焼ガスに第２段
目の燃料噴射が突入してしまうという問題が回避でき燃
焼室の空気利用率が向上し黒煙の低減が可能となる。
【図１】本発明に基づき構成された燃焼システム図。
【図２】図1 に示す燃焼システムの燃料噴射タイミング
と燃焼を更に詳細に表した図。
と燃焼を更に詳細に表した図。
【図３】直噴式ディーゼルエンジンに利用される蓄圧式
燃料噴射装置。
燃料噴射装置。
【図４】従来例における直噴式ディーゼルエンジンの２
段噴射を示す図。
段噴射を示す図。
１３：インジェクタ ２０：ピストン ２１：燃焼室 ３０：シリンダヘッド ３１：シリンダブロック ３２：シリンダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 義範 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 Ｆターム(参考） 3G023 AA03 AB05 AC05 AD02 AD29 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA24 CC06U CC48 CE22 DC05
Claims (2)
- 【請求項１】 シリンダ内に往復動可能に配設されたピ
ストンの頂部に設けられた燃焼室と、該燃焼室に向けて
圧縮上死点近傍において第１段目を噴射し、その後圧縮
上死点から離れたタイミングにおいて第２段目を噴射す
る多段階に燃料噴射可能な燃料噴射装置と、を有するデ
ィーゼルエンジンの燃焼システムにおいて、 該燃料噴射装置は、該シリンダの軸方向に延びる該燃焼
室の中心線に対して所定の燃料噴射開き角度をもって燃
料噴射するように構成されており、該第２段目の噴射の
燃料噴射開き角度が該第１段目の噴射の燃料噴射開き角
度より広い角度に設定されている、 ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼システム。 - 【請求項２】 該燃焼室は、該ピストン頂部の開口部か
ら底部に向かうに従い径が小さくなるように設けられて
いる、請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001080231A JP3903724B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | ディーゼルエンジンの燃焼システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001080231A JP3903724B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | ディーゼルエンジンの燃焼システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002276374A true JP2002276374A (ja) | 2002-09-25 |
| JP3903724B2 JP3903724B2 (ja) | 2007-04-11 |
Family
ID=18936547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001080231A Expired - Fee Related JP3903724B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | ディーゼルエンジンの燃焼システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3903724B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2204560A1 (en) | 2008-12-17 | 2010-07-07 | Honda Motor Co., Ltd | Direct fuel-injection engine |
| EP2221463A1 (en) * | 2007-12-21 | 2010-08-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Direct fuel-injection engine |
-
2001
- 2001-03-21 JP JP2001080231A patent/JP3903724B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2221463A1 (en) * | 2007-12-21 | 2010-08-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Direct fuel-injection engine |
| EP2221463A4 (en) * | 2007-12-21 | 2011-10-05 | Honda Motor Co Ltd | DIRECT INJECTION ENGINE |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3903724B2 (ja) | 2007-04-11 |
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