JP2002276375A - 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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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
- F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
- F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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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
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、該燃焼室に向けて少
なくとも圧縮行程中に第１段目を噴射し、その後第１段
目の燃料噴射タイミングよりも圧縮上死点近傍において
第２段目の噴射を行う多段階に燃料噴射可能な燃料噴射
装置とを具備するディーゼルエンジンの燃焼システムに
おいて、該燃焼室は、噴射された燃料を衝突させる段付
き部を備えており、該燃料噴射装置は、第１段目の噴射
を該燃焼室内低部に行い、第２段目の噴射を該段付部に
衝突せしめるように構成されたディーゼルエンジンの燃
焼システムを提供する。
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、該燃焼室に向けて少
なくとも圧縮行程中に第１段目を噴射し、その後第１段
目の燃料噴射タイミングよりも圧縮上死点近傍において
第２段目の噴射を行う多段階に燃料噴射可能な燃料噴射
装置とを具備するディーゼルエンジンの燃焼システムに
おいて、該燃焼室は、噴射された燃料を衝突させる段付
き部を備えており、該燃料噴射装置は、第１段目の噴射
を該燃焼室内低部に行い、第２段目の噴射を該段付部に
衝突せしめるように構成された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。
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４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４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５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５に示す。
【０００９】図５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５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５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５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５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
燃焼室に向けて少なくとも圧縮行程中に第１段目を噴射
し、その後第１段目の燃料噴射タイミングよりも圧縮上
死点近傍において第２段目の噴射を行う多段階に燃料噴
射可能な燃料噴射装置とを具備するディーゼルエンジン
の燃焼システムにおいて、該燃焼室は、噴射された燃料
を衝突させる段付き部を備えており、 該燃料噴射装置
は、第１段目の噴射を該燃焼室内に行い、第２段目の噴
射を該段付き部に衝突せしめるように構成されている、
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
燃焼室に向けて少なくとも圧縮行程中に第１段目を噴射
し、その後第１段目の燃料噴射タイミングよりも圧縮上
死点近傍において第２段目の噴射を行う多段階に燃料噴
射可能な燃料噴射装置とを具備するディーゼルエンジン
の燃焼システムにおいて、該燃焼室は、噴射された燃料
を衝突させる段付き部を備えており、 該燃料噴射装置
は、第１段目の噴射を該燃焼室内に行い、第２段目の噴
射を該段付き部に衝突せしめるように構成されている、
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、図３に示す実施の
形態に基づいて説明する。 図１は本発明に利用される
ディーゼルエンジンのピストン２０であり、ピストン頂
部２１に燃焼室２２が設けられている。この燃焼室２２
内には、低部中央部付近に噴射燃料を衝突させる段付き
部２３が設けられている。図２には、図１に示すピスト
ン２０と従来例で説明した燃料噴射装置を用いて２段噴
射を行った場合の噴霧方向、及び燃焼の状態が示されて
いる。なお、図２には燃料噴射用のインジェクタ６と該
インジェクタ６が収容されるシリンダヘッド３０、及び
ピストン２０が収容されるシリンダブロック３１の一部
が示されている。但し、シリンダヘッド３０及びシリン
ダブロック３１の細部は本発明に直接関与しないので図
２では省略した。
ンジンの燃焼システムを図１、図２、図３に示す実施の
形態に基づいて説明する。 図１は本発明に利用される
ディーゼルエンジンのピストン２０であり、ピストン頂
部２１に燃焼室２２が設けられている。この燃焼室２２
内には、低部中央部付近に噴射燃料を衝突させる段付き
部２３が設けられている。図２には、図１に示すピスト
ン２０と従来例で説明した燃料噴射装置を用いて２段噴
射を行った場合の噴霧方向、及び燃焼の状態が示されて
いる。なお、図２には燃料噴射用のインジェクタ６と該
インジェクタ６が収容されるシリンダヘッド３０、及び
ピストン２０が収容されるシリンダブロック３１の一部
が示されている。但し、シリンダヘッド３０及びシリン
ダブロック３１の細部は本発明に直接関与しないので図
２では省略した。
【００１４】図２はクランクアングル（以下ＣＡとす
る）が−１７°〜８°までを燃料噴射に合わせて示した
ものである。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。以下、
図２に従ってその作用を説明する。
る）が−１７°〜８°までを燃料噴射に合わせて示した
ものである。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。以下、
図２に従ってその作用を説明する。
【００１５】本実施形態では第１段の燃料噴射がＣＡ＝
−２０°〜−１４°の期間に、第２段の燃料噴射がＣＡ
＝−１２°〜−６°の期間にて実施される。また、噴射
の方向（噴霧の開き角度）については図中βの記号で表
し、本実施形態ではβ＝１００°である。図２の（ａ）
は圧縮上死点前のＣＡ＝−１７°の状態を示すものであ
り、ＣＡ＝−２０°にて開始された第１段目の燃料噴射
が継続中であることを示している。第１段目の燃料噴射
は中央の段付き部２３に衝突しないよう、且つ燃焼室２
２の底部付近に向けて行われる。
−２０°〜−１４°の期間に、第２段の燃料噴射がＣＡ
＝−１２°〜−６°の期間にて実施される。また、噴射
の方向（噴霧の開き角度）については図中βの記号で表
し、本実施形態ではβ＝１００°である。図２の（ａ）
は圧縮上死点前のＣＡ＝−１７°の状態を示すものであ
り、ＣＡ＝−２０°にて開始された第１段目の燃料噴射
が継続中であることを示している。第１段目の燃料噴射
は中央の段付き部２３に衝突しないよう、且つ燃焼室２
２の底部付近に向けて行われる。
【００１６】図２の（ｂ）はピストン２０が図２の
（ａ）より更に上昇し圧縮上死点前のＣＡ＝−１２°ま
で来た状態を示している。即ち、図２の（ｂ）では既に
第１段の燃料噴射は完了しており、噴射された燃料が燃
焼室底部に沿って外周側を拡がりながら、着火遅れ期間
を経て着火を開始している。また、ちょうど第２段の燃
料噴射が開始されるタイミングでもある。
（ａ）より更に上昇し圧縮上死点前のＣＡ＝−１２°ま
で来た状態を示している。即ち、図２の（ｂ）では既に
第１段の燃料噴射は完了しており、噴射された燃料が燃
焼室底部に沿って外周側を拡がりながら、着火遅れ期間
を経て着火を開始している。また、ちょうど第２段の燃
料噴射が開始されるタイミングでもある。
【００１７】図２の（ｃ）はＣＡ＝−７°の状態を示し
ている。図２の（ｂ）より更に上昇した図２の（ｃ）の
状態では第２段の燃料噴射が既にＣＡ＝−１２°にて開
始されており、燃料噴射が継続中であることを示してい
る。上記したように、この実施形態ではＣＡ＝−６°ま
で第２段の燃料噴射が継続される。この第２段の噴射に
よる噴霧は燃焼室底部の中央付近に設けられた段付き部
２３に衝突するように行われ、段付き部２３に衝突した
燃料噴霧は衝突によりその方向を変え、略水平方向に進
んでゆく。
ている。図２の（ｂ）より更に上昇した図２の（ｃ）の
状態では第２段の燃料噴射が既にＣＡ＝−１２°にて開
始されており、燃料噴射が継続中であることを示してい
る。上記したように、この実施形態ではＣＡ＝−６°ま
で第２段の燃料噴射が継続される。この第２段の噴射に
よる噴霧は燃焼室底部の中央付近に設けられた段付き部
２３に衝突するように行われ、段付き部２３に衝突した
燃料噴霧は衝突によりその方向を変え、略水平方向に進
んでゆく。
【００１８】第２段の燃料噴射が燃焼室の段付き部２３
に衝突するか否かは、その段付き部２３の高さ、直径そ
して第２段の燃料噴射のβ角度そして燃料噴射のタイミ
ングにかかっている。よって段付き部２３の形状、噴射
のβ角度及び噴射のタイミングは任意に設定することが
可能である。
に衝突するか否かは、その段付き部２３の高さ、直径そ
して第２段の燃料噴射のβ角度そして燃料噴射のタイミ
ングにかかっている。よって段付き部２３の形状、噴射
のβ角度及び噴射のタイミングは任意に設定することが
可能である。
【００１９】図２の（ｄ）はＣＡ＝−２°の状態を示す
もので、この状態では第２段の燃料も着火を開始してい
る。第２段の燃料噴射は第１段の燃料噴射により供給さ
れた燃料が燃焼していない空間に向けて実施される。す
なわち第１段の燃料噴射による燃焼で効率よく利用され
ない空間を第２段の燃料噴射による燃焼によって利用す
るように設定されている。
もので、この状態では第２段の燃料も着火を開始してい
る。第２段の燃料噴射は第１段の燃料噴射により供給さ
れた燃料が燃焼していない空間に向けて実施される。す
なわち第１段の燃料噴射による燃焼で効率よく利用され
ない空間を第２段の燃料噴射による燃焼によって利用す
るように設定されている。
【００２０】図２の（ｅ）はＣＡ＝３°、図２の（ｆ）
はＣＡ＝８°の状態を示すもので、第１段、第２段の燃
料噴射による燃焼が燃焼室全体に広がり燃焼室内の空気
を効率良く利用していることが判る。また、下がり始め
たピストン２０の頂部とシリンダヘッド下面の空間にも
燃焼ガスが広がっているのが判る。
はＣＡ＝８°の状態を示すもので、第１段、第２段の燃
料噴射による燃焼が燃焼室全体に広がり燃焼室内の空気
を効率良く利用していることが判る。また、下がり始め
たピストン２０の頂部とシリンダヘッド下面の空間にも
燃焼ガスが広がっているのが判る。
【００２１】以上図２の（ａ）〜（ｆ）に示すように、
燃焼室２２の段付き部２３と燃料噴射角度、及び燃料噴
射タイミングを工夫する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。
燃焼室２２の段付き部２３と燃料噴射角度、及び燃料噴
射タイミングを工夫する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。
【００２２】なお、燃焼室２２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。
【００２３】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、第２段の燃料噴射を
行う場合に、第１段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段の燃料噴射
に基づく燃焼と第１段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、第２段の燃料噴射を
行う場合に、第１段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段の燃料噴射
に基づく燃焼と第１段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。
【００２４】また、第１段と第２段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段の噴射燃料が燃焼で利用する外周側と、第２段の噴
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。
ては７：３〜５：５の比率の範囲が好ましい。これは第
１段の噴射燃料が燃焼で利用する外周側と、第２段の噴
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。
【００２５】本実施形態で示した燃焼室の中央底部付近
に設けられる段付き部２３については、本実施形態に限
定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で自由に
変形可能である。図３に燃焼室内に設けられる段付き部
のみを拡大した他の変形例を示す。
に設けられる段付き部２３については、本実施形態に限
定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で自由に
変形可能である。図３に燃焼室内に設けられる段付き部
のみを拡大した他の変形例を示す。
【００２６】図３の（ａ）の段付き部２３ａは噴霧が存
在する方向にのみ段付き部が機能するように設けられた
例である。この実施形態は４噴孔の燃料噴射を行うイン
ジェクターに対応させたものである。このようにするこ
とで衝突に寄与しない部分の肉抜きが出来、ピストンの
軽量化に寄与することが出来る。図３の（ｂ）の段付き
部２３ｂは（ａ）と同様に衝突に寄与しない中央部を肉
抜きしたものである。図３の（ｃ）の段付き部２３ｃは
段付き部の衝突面を傾斜させた実施形態である。燃焼室
が浅皿型ではなくトロイダル型などの深い形のタイプで
は衝突した後の噴霧の進行方向を下方に向けた方が空気
利用率を高めることが出来る場合があり、そのような場
合に有効である。図３の（ｄ）の段付き部２３ｄでは、
衝突部分を別体とし交換可能なようにしたものである。
燃料噴射タイミングや燃焼室の形状により必要となる段
付き部の形状が異なる場合がある。このような場合段付
き部の衝突部分を別体としておけば燃焼室形状がそのま
まで、段付き部の高さや径を自由に変更することが出来
る。この場合の衝突部を形成する部分はピストンと同一
の材料を用いるか、略同一の熱膨張率で耐熱性に優れた
金属材料を用いることが好ましい。
在する方向にのみ段付き部が機能するように設けられた
例である。この実施形態は４噴孔の燃料噴射を行うイン
ジェクターに対応させたものである。このようにするこ
とで衝突に寄与しない部分の肉抜きが出来、ピストンの
軽量化に寄与することが出来る。図３の（ｂ）の段付き
部２３ｂは（ａ）と同様に衝突に寄与しない中央部を肉
抜きしたものである。図３の（ｃ）の段付き部２３ｃは
段付き部の衝突面を傾斜させた実施形態である。燃焼室
が浅皿型ではなくトロイダル型などの深い形のタイプで
は衝突した後の噴霧の進行方向を下方に向けた方が空気
利用率を高めることが出来る場合があり、そのような場
合に有効である。図３の（ｄ）の段付き部２３ｄでは、
衝突部分を別体とし交換可能なようにしたものである。
燃料噴射タイミングや燃焼室の形状により必要となる段
付き部の形状が異なる場合がある。このような場合段付
き部の衝突部分を別体としておけば燃焼室形状がそのま
まで、段付き部の高さや径を自由に変更することが出来
る。この場合の衝突部を形成する部分はピストンと同一
の材料を用いるか、略同一の熱膨張率で耐熱性に優れた
金属材料を用いることが好ましい。
【００２７】また、本発明の実施形態では２段噴射を行
う燃焼システムについて述べたが必ずしも２段噴射に限
定されるわけではない。従来から知られている、振動騒
音或いはＮＯｘの低減に寄与することで知られるパイロ
ット噴射を本発明の２段噴射に先駆けて行っても良い
し、また黒煙の悪化を改善するアフターインジェクショ
ン、及び排気通路に設けられる触媒への添加剤（ＨＣ）
として働く燃料を噴射する後噴射を本発明の２段噴射の
後に加えても構わない。
う燃焼システムについて述べたが必ずしも２段噴射に限
定されるわけではない。従来から知られている、振動騒
音或いはＮＯｘの低減に寄与することで知られるパイロ
ット噴射を本発明の２段噴射に先駆けて行っても良い
し、また黒煙の悪化を改善するアフターインジェクショ
ン、及び排気通路に設けられる触媒への添加剤（ＨＣ）
として働く燃料を噴射する後噴射を本発明の２段噴射の
後に加えても構わない。
【００２８】
【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】本発明の実施形態において採用されるピストン
【図２】本発明の燃焼システムによって実施される２段
噴射の燃料噴霧と燃焼ガスの拡散を示す図
噴射の燃料噴霧と燃焼ガスの拡散を示す図
【図３】本発明の実施形態により利用される燃焼室の段
付き部の別の変形例
付き部の別の変形例
【図４】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５】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
６ インジェクタ ２０ ピストン ２１ ピストン頂部 ２２ 燃焼室 ２３ 段付き部 ３０ シリンダヘッド ３１ シリンダブロック
───────────────────────────────────────────────────── 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 3G301 HA02 JA02 JA24 MA18 MA23
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、該燃焼室に向けて少
なくとも圧縮行程中に第１段目を噴射し、その後第１段
目の燃料噴射タイミングよりも圧縮上死点近傍において
第２段目の噴射を行う多段階に燃料噴射可能な燃料噴射
装置とを具備するディーゼルエンジンの燃焼システムに
おいて、 該燃焼室は、噴射された燃料を衝突させる段付き部を備
えており、 該燃料噴射装置は、第１段目の噴射を該燃
焼室内に行い、第２段目の噴射を該段付き部に衝突せし
めるように構成されている、 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 |
|---|---|---|---|
| JP2001080232A JP2002276375A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2001080232A JP2002276375A (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | ディーゼルエンジンの燃焼システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002276375A true JP2002276375A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18936548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001080232A Withdrawn JP2002276375A (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) | JP2002276375A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007192186A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関およびそのピストン |
| WO2008082330A1 (en) | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Volvo Lastvagnar Ab | Device for reducing soot emissions in a vehicle combustion engine |
| WO2009112170A1 (de) * | 2008-03-08 | 2009-09-17 | Daimler Ag | Betriebsverfahren für einen kolbenmotor |
| WO2011101154A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | Volvo Technology Corporation | A piston positioned for reciprocal movement in a combustion engine cylinder |
| WO2011117968A1 (ja) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
| JP2016186255A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | いすゞ自動車株式会社 | 直噴式エンジンの燃焼室構造 |
| WO2023160274A1 (zh) * | 2022-02-25 | 2023-08-31 | 潍柴动力股份有限公司 | 卷流燃烧室的喷油方法、卷流燃烧室、车辆及存储介质 |
-
2001
- 2001-03-21 JP JP2001080232A patent/JP2002276375A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007192186A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関およびそのピストン |
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| EP2100014A4 (en) * | 2006-12-28 | 2011-05-11 | Volvo Lastvagnar Ab | DEVICE FOR REDUCING SOOT EMISSIONS IN A VEHICLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
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| CN102770633A (zh) * | 2010-02-18 | 2012-11-07 | 沃尔沃技术公司 | 布置成在内燃机气缸内往复运动的活塞 |
| US9027529B2 (en) | 2010-02-18 | 2015-05-12 | Volvo Technology Corporation | Piston positioned for reciprocal movement in a combustion engine cylinder |
| WO2011117968A1 (ja) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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