JP2003083120A - Fuel combustion device for diesel engine - Google Patents

Fuel combustion device for diesel engine

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JP2003083120A
JP2003083120A JP2001274077A JP2001274077A JP2003083120A JP 2003083120 A JP2003083120 A JP 2003083120A JP 2001274077 A JP2001274077 A JP 2001274077A JP 2001274077 A JP2001274077 A JP 2001274077A JP 2003083120 A JP2003083120 A JP 2003083120A
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fuel
cavity
fuel injection
engine speed
injection valve
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Ichiji Kataoka
一司 片岡
Daisuke Shimo
大輔 志茂
Yasuyuki Terasawa
保幸 寺沢
Hiroshi Hayashibara
寛 林原
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Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To strengthen longitudinal vortex generated within a reentrant type cavity 8 formed on an upper part of a piston 1 and to stably strengthen the longitudinal vortex, even if an engine is in a comparatively high rotation state. SOLUTION: This device is provided with a fuel injection valve 9 for injecting fuel toward a lip part 11 to be an opening edge of the cavity 8 of the piston 1. A region of fuel vapor 16 is formed in the vicinity of the lip part 11 by making fuel spray injected by the fuel injection valve 9 arrive in the lip part 11 for an ignition delay period. Expansion flow is generated by igniting fuel vapor 16 in the front of a fuel injection direction. Fuel vapor in front of an ignition position is allowed to abut on a peripheral wall surface 12 of the cavity 8 and is guided to the bottom of the cavity 8. The device is provided with a penetration control means for controlling penetration Sp of fuel spray injected from the fuel injection valve 9 to be increased as compared with that when engine speed Ne is less than a prescribed value Ne0 , when the engine speed Ne becomes more than the prescribed Ne0 .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンに形成さ
れたリエントラント型のキャビティ内に直接噴射された
燃料を燃焼させるディーゼルエンジンの燃料燃焼装置に
関する技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technical field of a diesel engine fuel combustion apparatus for combusting a fuel directly injected into a reentrant type cavity formed in a piston.

【0002】[0002]

【従来の技術】直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピ
ストンの頂部にリエントラント型のキャビティを形成し
たものは一般に知られている。例えば、特開平9−41
975号公報には、ピストンのリップ部に向けて噴射さ
れた燃料が該リップ部から当該キャビティの底部に向か
うときにキャビティ側壁から剥離するように、当該キャ
ビティ形状を定めることにより、燃料噴霧と空気との混
合を良くし、煤の発生を抑えることが記載されている。
2. Description of the Related Art A direct injection diesel engine having a reentrant cavity at the top of a piston is generally known. For example, JP-A-9-41
In the 975 publication, the fuel spray and the air are sprayed by defining the cavity shape so that the fuel injected toward the lip portion of the piston is separated from the side wall of the cavity when it goes from the lip portion to the bottom portion of the cavity. It is described that the mixing with and to suppress the generation of soot.

【0003】また、自動車技術会論文集Vol.31,No.3,Ju
ly 2000第51〜56頁には、ピストンのリエントラン
ト型キャビティの底部中央を隆起させれば、圧縮行程
中にリップ部下の側壁に沿って下向きに流れる縦渦が形
成されること、燃料を噴射すると、燃料噴霧は上記縦
渦に引き込まれリップ部下の側壁に沿って下向きに回転
する流れを形成すること、リップ径を大きくすると逆
スキッシュ流が弱まってスキッシュエリアへの混合気の
流出が抑制されること、上記縦渦はスワールの影響に
より螺旋渦となること、この螺旋渦により、キャビテ
ィ内で混合気形成と燃焼が促進されること、その後、
混合気はスキッシュエリアに排出され、燃え残りの煤を
酸化することがそれぞれ記載されている。
Also, Vol.31, No.3, Ju
ly 2000, pp. 51-56, if the bottom center of the reentrant cavity of the piston is raised, a vertical vortex is formed to flow downward along the side wall below the lip during the compression stroke. , The fuel spray is drawn into the vertical vortex to form a flow that rotates downward along the side wall below the lip, and increasing the lip diameter weakens the reverse squish flow and suppresses the outflow of the air-fuel mixture to the squish area. The vertical vortex becomes a spiral vortex due to the influence of swirl, and the spiral vortex promotes mixture formation and combustion in the cavity.
It is described that the air-fuel mixture is discharged to the squish area and oxidizes the unburned soot.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、直噴式ディ
ーゼルエンジンの駆動運転により発生するのは、煤だけ
ではない。すなわち、燃焼室内に吸入される空気中の窒
素が酸化されることによりNOxも同時に生成されると
いう問題がある。しかし、上記各従来のものでは、煤の
排出を抑制するようにしているものの、煤だけでなくN
Oxの生成をも同時に抑制することは困難である。
However, it is not only the soot that is generated by the driving operation of the direct injection type diesel engine. That is, there is a problem that NOx is also produced at the same time by oxidizing the nitrogen in the air taken into the combustion chamber. However, in each of the above-mentioned conventional ones, although soot discharge is suppressed, not only soot but N
It is difficult to suppress the generation of Ox at the same time.

【0005】そこで、燃料噴霧を所定のペネトレーショ
ン(噴霧の貫徹力)で噴射して着火遅れ期間中にリップ
部付近に燃料蒸気の領域を比較的まとまった状態で形成
し、この燃料蒸気の一部を着火後の燃料ガス膨張流によ
りキャビティ底部へ誘導して縦渦の生成・強化を図るこ
とにより、NOx及び煤の双方の生成をそれぞれ低減す
ることが考えられる。
Therefore, a fuel spray is injected with a predetermined penetration (spray penetration force) to form a region of fuel vapor near the lip portion during the ignition delay period in a relatively gathered state, and a part of this fuel vapor is formed. It is conceivable to reduce the generation of both NOx and soot by inducing the vertical vortices by inducing to the cavity bottom by the fuel gas expansion flow after ignition.

【0006】一方、エンジン回転数が大きくなるに連れ
てキャビティ内へ供給される吸気の速度が速くなるた
め、キャビティ内におけるスワール速度は大きくなる。
そして、この速度が大きくなって強化されたスワールに
より、燃料噴射弁からリップ部へ向かって噴射される燃
料噴霧のペネトレーションが弱められるため、リップ部
付近に燃料蒸気の領域を充分に形成することが難しい。
On the other hand, as the engine speed increases, the speed of intake air supplied into the cavity increases, so that the swirl speed in the cavity increases.
The increased swirl speed increases the penetration of the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the lip, weakening the area of the fuel vapor near the lip. difficult.

【0007】従って、エンジンが比較的高回転状態であ
るときに、着火により発生する膨張流によって、リップ
部付近の燃料蒸気をキャビティ底部へ誘導して強力な縦
渦を生成することが困難であるため、縦渦の強化により
NOx及び煤の生成を有効に低減させることができない
という問題がある。
Therefore, when the engine is in a relatively high rotation state, it is difficult to induce the fuel vapor in the vicinity of the lip portion to the cavity bottom portion by the expansion flow generated by ignition to generate a strong vertical vortex. Therefore, there is a problem that the generation of NOx and soot cannot be effectively reduced by strengthening the vertical vortex.

【0008】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主たる目的とするところは、キャビティ内
に生成する縦渦の強化を図るとともに、特にエンジンが
比較的高回転状態であっても、その縦渦を安定して強化
できるようにすることによりNOx及び煤の双方の生成
量を可及的に低減しようとすることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its main purpose is to strengthen the longitudinal vortices generated in the cavity and, particularly, when the engine is in a relatively high rotation state. However, it is also intended to reduce the production amount of both NOx and soot as much as possible by enabling the vertical vortex to be stably strengthened.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、着火により発生する膨張流により
燃料蒸気の一部をキャビティ底部へ誘導して縦渦を強化
するようにし、さらに、エンジン回転数が所定値以上に
なったときには、燃料噴霧のペネトレーションを増大さ
せるようにした。
In order to achieve the above object, in the present invention, a part of the fuel vapor is guided to the bottom of the cavity by the expansion flow generated by ignition to strengthen the longitudinal vortex, and The fuel spray penetration is increased when the engine speed exceeds a predetermined value.

【0010】具体的には、第1の発明では、頂部に開口
端に近付くに従って径が小さくなるリエントラント型の
キャビティが形成されたピストンと、上記ピストンのキ
ャビティ開口縁を形成するリップ部に向かって燃料を噴
射する燃料噴射弁とを備え、上記燃料噴射弁より噴射さ
れた燃料噴霧を着火遅れ期間に上記リップ部に到達させ
て該リップ部付近に燃料蒸気の領域を形成し、上記燃料
噴射弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、この着火
による燃焼ガスの膨張流により、その着火位置前方の上
記燃料蒸気を上記キャビティの周壁面に当てて該キャビ
ティの底の方へ誘導し、火炎がキャビティの底に伝播さ
れるように構成されたディーゼルエンジンの燃料燃焼装
置が対象である。そして、エンジン回転数が所定値以上
になったときに、上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴
霧のペネトレーションを、エンジン回転数が上記所定値
未満のときの燃料噴霧のペネトレーションに比べて増大
するように制御するペネトレーション制御手段を備えて
いる。
Specifically, according to the first aspect of the present invention, a piston having a reentrant type cavity formed in the top thereof, the diameter of which becomes smaller toward the opening end, and a lip portion forming a cavity opening edge of the piston are provided. A fuel injection valve for injecting fuel, the fuel spray injected from the fuel injection valve reaches the lip portion during an ignition delay period to form a region of fuel vapor near the lip portion, and the fuel injection valve The fuel is ignited in the front of the fuel injection direction, and the expansion flow of the combustion gas due to this ignition causes the fuel vapor in front of the ignition position to impinge on the peripheral wall surface of the cavity toward the bottom of the cavity, and the flame A diesel engine fuel combustor configured to propagate to the bottom of the cavity is of interest. And, when the engine speed becomes equal to or higher than a predetermined value, the penetration of the fuel spray injected from the fuel injection valve is increased as compared with the penetration of the fuel spray when the engine speed is lower than the predetermined value. It is equipped with a penetration control means for controlling.

【0011】上記の発明によると、燃料噴霧が燃料噴射
弁から噴射され、着火遅れ期間中にリップ部に到達する
ことによって、該リップ部付近に燃料蒸気の領域が形成
される。そして、燃料噴霧の着火位置(着火点)は、燃
料蒸気の領域における燃料噴射方向上流側の位置となる
ため、この着火による燃焼によって着火位置から下流側
へ向かって爆発的に広がる強い膨張流が生成される。
According to the above invention, the fuel spray is injected from the fuel injection valve and reaches the lip portion during the ignition delay period, whereby a region of fuel vapor is formed near the lip portion. Since the ignition position (ignition point) of the fuel spray is the upstream position in the fuel injection direction in the region of the fuel vapor, a strong expansion flow explosively spreading from the ignition position to the downstream side is generated by the combustion due to this ignition. To be done.

【0012】そして、上記燃料蒸気領域の下流側のリッ
プ部付近の燃料蒸気は、上記膨張流によってキャビティ
内周壁面(特にリップ部と、該リップ部よりもピストン
径方向外側へ凹入した部分との境界付近)に当たり、キ
ャビティ内周壁面に沿ってキャビティ底部側へ誘導され
ることで、強力な縦渦が生成される。さらに、キャビテ
ィ底部に誘導された燃料を追いかけて火炎が伝播してい
くことで、さらに縦渦が成長していく。
The fuel vapor in the vicinity of the lip portion on the downstream side of the fuel vapor region is caused by the expansion flow to form an inner peripheral wall surface of the cavity (in particular, a lip portion and a portion recessed outward of the lip portion in the radial direction of the piston). Around the boundary), the strong vertical vortex is generated by being guided to the bottom side of the cavity along the inner wall surface of the cavity. Further, as the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity, vertical vortices grow further.

【0013】この縦渦の流れとともに、火炎もリップ部
からキャビティ底部へ回り込む。これにより、ヒートス
ポット(局所的な高温領域)がリップ部付近からキャビ
ティ底部へ広がる一方、リップ部付近では燃料蒸気が少
なくなるので、リップ部付近のヒートスポットは速やか
に消滅していく。すなわち、燃料噴射終了までにキャビ
ティ内の最高温度部位がリップ部からキャビティ底部側
へ移行して分散する。
With the flow of this vertical vortex, the flame also wraps around from the lip to the bottom of the cavity. As a result, the heat spot (local high temperature region) spreads from the vicinity of the lip portion to the bottom of the cavity, while the fuel vapor decreases near the lip portion, so the heat spot near the lip portion disappears promptly. That is, by the end of fuel injection, the highest temperature portion in the cavity moves from the lip portion to the cavity bottom side and is dispersed.

【0014】従って、ヒートスポットがキャビティ内の
特定位置で長時間存在するのを防止し、あるいはヒート
スポットを早く消滅させるため、NOxの生成量を効果
的に低減させることができる。さらに、縦渦が強化され
ることにより、キャビティ内における燃料と空気との混
合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合とがそれぞ
れ促進されるため、煤の生成量を有効に低減させること
ができる。
Therefore, the heat spot is prevented from existing at a specific position in the cavity for a long time, or the heat spot is quickly extinguished, so that the production amount of NOx can be effectively reduced. Further, since the vertical vortices are strengthened, the mixing of the fuel and the air in the cavity and the mixing of the combustion gas and the air in the latter half of the combustion are respectively promoted, so that the soot generation amount is effectively reduced. be able to.

【0015】ところで、一般に、キャビティ内に生成さ
れるスワールの速度(スワール速度)は、エンジン回転
数の増大に伴って大きくなる。このように、スワールが
強くなるに連れて、燃料噴霧のペネトレーションは低下
する。これに対して、この発明では、ペネトレーション
制御手段によって、エンジン回転数が所定値以上になっ
たときに、スワールに対抗する燃料噴霧のペネトレーシ
ョンは、エンジン回転数が上記所定値未満であるときの
燃料噴霧のペネトレーションに比べて増大される。
By the way, generally, the speed of the swirl generated in the cavity (swirl speed) increases as the engine speed increases. Thus, as the swirl becomes stronger, the penetration of the fuel spray decreases. On the other hand, in the present invention, when the engine speed becomes equal to or higher than the predetermined value, the penetration of fuel spray against the swirl is performed by the penetration control means when the engine speed is lower than the predetermined value. Increased compared to spray penetration.

【0016】従って、エンジン回転数が所定値以上であ
る比較的高回転状態のときであっても、リップ部付近に
燃料蒸気の領域を安定して形成し、キャビティ内に生成
される縦渦を充分に強化することができる。すなわち、
エンジンが高回転状態であっても、強化された縦渦によ
りNOx及び煤の生成を安定して低減させることができ
る。
Therefore, even when the engine speed is higher than a predetermined value and at a relatively high speed, a fuel vapor region is stably formed in the vicinity of the lip portion and vertical vortices generated in the cavity are generated. Can be fully strengthened. That is,
Even if the engine is in a high rotation state, the enhanced vertical vortex can stably reduce the generation of NOx and soot.

【0017】第2の発明では、上記第1の発明におい
て、ペネトレーション制御手段は、エンジン回転数が所
定値以上になったときに、燃料噴射弁の燃料噴射圧を、
エンジン回転数が上記所定値未満のときの燃料噴射圧に
比べて増大するように制御するものとする。
In a second aspect based on the first aspect, the penetration control means sets the fuel injection pressure of the fuel injection valve when the engine speed exceeds a predetermined value.
It is assumed that the engine speed is controlled to be higher than the fuel injection pressure when the engine speed is less than the predetermined value.

【0018】上記の発明によると、ペネトレーション制
御手段によって、エンジン回転数が所定値以上になった
ときに、燃料噴射弁の燃料噴射圧は、エンジン回転数が
上記所定値未満のときの燃料噴射圧に比べて増大される
ので、燃料噴霧は、強くなるスワールに充分対抗するこ
とができる。従って、上記第1の発明と同様に、エンジ
ンが比較的高回転状態にあるときであっても、縦渦を充
分に強化して、NOx及び煤の生成を効果的に低減させ
ることができる。
According to the above invention, the fuel injection pressure of the fuel injection valve when the engine speed becomes equal to or higher than the predetermined value by the penetration control means is the fuel injection pressure when the engine speed is lower than the predetermined value. The fuel spray is able to sufficiently counter the swirl which becomes stronger as compared with the above. Therefore, as in the first aspect of the invention, even when the engine is in a relatively high rotation state, the vertical vortices can be sufficiently strengthened and the generation of NOx and soot can be effectively reduced.

【0019】第3の発明では、上記第1又は2の発明に
おいて、ペネトレーション制御手段は、エンジン回転数
が所定値以上になったときに、キャビティ内のスワール
比を、エンジン回転数が上記所定値未満のときのスワー
ル比に比べて減少するように制御するものとする。
According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the penetration control means determines the swirl ratio in the cavity when the engine speed exceeds a predetermined value and the engine speed reaches the predetermined value. The swirl ratio should be controlled so as to decrease when the value is less than.

【0020】上記の発明によると、ペネトレーション制
御手段によって、エンジン回転数が所定値よりも大きく
なったときに、キャビティ内のスワール比は、エンジン
回転数が上記所定値のときのスワール比に比べて減少さ
れるので、エンジン回転数に対応するスワール速度を小
さくすることができる。すなわち、エンジン回転数が比
較的高いときであっても、スワールの強化を抑制して、
スワールの強化による燃料噴霧ペネトレーションの低減
を効果的に抑制することができ、キャビティ内に生成さ
れる縦渦を充分に強化することができる。
According to the above invention, when the engine speed becomes higher than the predetermined value by the penetration control means, the swirl ratio in the cavity is higher than the swirl ratio when the engine speed is the predetermined value. Since it is reduced, the swirl speed corresponding to the engine speed can be reduced. That is, even when the engine speed is relatively high, suppressing the swirl reinforcement,
It is possible to effectively suppress the reduction of the fuel spray penetration due to the strengthening of the swirl, and it is possible to sufficiently strengthen the vertical vortex generated in the cavity.

【0021】第4の発明では、上記第1〜3のいずれか
1つの発明において、燃料噴射弁の燃料噴射開始から
0.42ms経過時点での燃料噴霧の到達距離と定義し
たときのペネトレーションSpと、上記燃料噴射弁の燃
料噴霧のコーン角Θと、キャビティのリップ部における
最小口径Dlip とが次式 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) ……(1) (但し、k=1.4〜1.8) を満足する関係にあることを特徴とする。
In a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects of the invention, the penetration Sp is defined as the arrival distance of the fuel spray at the time point 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection by the fuel injection valve. , The cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve and the minimum diameter Dlip at the lip portion of the cavity are expressed by the following equation: Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (1) (where k = 1. 4 to 1.8) is satisfied.

【0022】すなわち、本発明は、燃料噴射弁からリッ
プ部に向けて燃料を噴射し、燃料の着火遅れ期間に燃料
噴霧をリップ部に到達させて該リップ部付近に燃料蒸気
が形成されるようにしようとするものである。そのため
に、キャビティの最小口径Dlip は、燃料噴射開始か
ら、中負荷運転時の代表的な着火遅れ期間である0.4
2ms経過時点での燃料噴霧の到達距離Sp(噴霧のペ
ネトレーション)に基づいて決定される。このSpにsi
n(Θ/2)を乗じているのは、燃料がコーン角Θをもっ
て噴射されることから、燃料噴霧の水平方向での到達距
離を求めるためである。
That is, according to the present invention, the fuel is injected from the fuel injection valve toward the lip portion, and the fuel spray reaches the lip portion during the ignition delay period of the fuel so that the fuel vapor is formed near the lip portion. Is what you are trying to do. Therefore, the minimum diameter Dlip of the cavity is 0.4, which is a typical ignition delay period during medium load operation from the start of fuel injection.
It is determined based on the fuel spray arrival distance Sp (spray penetration) when 2 ms has elapsed. Si on this Sp
The reason for multiplying by n (Θ / 2) is that the fuel spray is carried out with the cone angle Θ, and therefore the reaching distance of the fuel spray in the horizontal direction is obtained.

【0023】ところで、上記k値が1.4未満であっ
て、キャビティの最小口径Dlip が相対的に小さくなり
過ぎると、燃料噴射弁から液状噴流として噴射された燃
料は、リップ部に到達するまでに充分に分裂しないた
め、不完全な噴霧状態となる。従って、燃料蒸気の形成
も不充分となって、上記燃焼ガスの膨張流が有効に働か
ない。さらに、燃料噴霧のコア(燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料噴霧の中に存在する液柱部分又は燃料濃度が非
常に高い部分)がリップ部に衝突して燃焼を悪化させて
出力が低下するので、NOx生成量が少なくなるとして
も、煤の生成量は多くなってしまう。
By the way, when the above-mentioned k value is less than 1.4 and the minimum diameter Dlip of the cavity becomes relatively small, the fuel injected from the fuel injection valve as a liquid jet flows until it reaches the lip portion. As it does not split sufficiently, it becomes an incomplete spray state. Therefore, the formation of fuel vapor becomes insufficient, and the expansion flow of the combustion gas does not work effectively. Furthermore, the core of the fuel spray (the liquid column portion existing in the fuel spray injected from the fuel injection valve or the portion having a very high fuel concentration) collides with the lip portion to deteriorate the combustion and reduce the output. However, even if the NOx generation amount decreases, the soot generation amount increases.

【0024】一方、上記k値が1.8を越えて、上記D
lip が相対的に大きくなり過ぎると、着火点からリップ
部までの距離が遠くなるため、着火による燃焼ガスの膨
張流がその前方の燃料蒸気に作用したとしても、その燃
料蒸気は、リップ部に当たる前に周囲に分散する。従っ
て、燃料蒸気を膨張流によってキャビティ底の方へ誘導
することができないため、NOx発生量が増えてしま
う。
On the other hand, when the above k value exceeds 1.8, the above D
If the lip becomes too large, the distance from the ignition point to the lip becomes longer, so even if the expansion flow of the combustion gas due to ignition acts on the fuel vapor in front of it, that fuel vapor will not reach the lip. Disperse around. Therefore, since the fuel vapor cannot be guided toward the bottom of the cavity by the expansion flow, the NOx generation amount increases.

【0025】したがって、このことから、上記k値とし
て、k=1.4〜1.8であることが望ましい。さら
に、このような観点から、上記k値として、k=1.5
〜1.7とすることがより好ましい。
Therefore, from the above, it is desirable that the above k value is k = 1.4 to 1.8. Further, from such a viewpoint, as the above k value, k = 1.5
It is more preferable that it is set to be 1.7.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は、本発明の
実施形態に係る燃料燃焼装置を備える直噴式ディーゼル
エンジンの燃焼室近傍を示している。同図において、2
はシリンダブロック、2aはシリンダブロック2に形成
されたシリンダ、1はシリンダ2a内に設けられたピス
トンである。また、3はシリンダブロック2の上部に組
み付けられたフラット型のシリンダヘッドである。
(First Embodiment) FIG. 1 shows the vicinity of a combustion chamber of a direct injection diesel engine equipped with a fuel combustion device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 2
Is a cylinder block, 2a is a cylinder formed in the cylinder block 2, and 1 is a piston provided in the cylinder 2a. Further, 3 is a flat type cylinder head mounted on the upper portion of the cylinder block 2.

【0027】ピストン1の頂部には開口端に近付くに従
って径が小さくなる凹状のリエントラント型のキャビテ
ィ8が形成されている。図3にも拡大して示すように、
11はキャビティ8の開口縁を形成するようにピストン
頂面部において内方へ突出する環状のリップ部、12は
該リップ部11に続いてピストン径外方向に凹入した環
状凹入部である。また、ピストン1には、キャビティ8
の底部中央において該キャビティ8の開口に向かって隆
起した凸部13が形成されている。
At the top of the piston 1, there is formed a concave reentrant type cavity 8 whose diameter becomes smaller as it approaches the opening end. As shown enlarged in FIG.
Reference numeral 11 denotes an annular lip portion that protrudes inward at the piston top surface portion so as to form the opening edge of the cavity 8, and reference numeral 12 denotes an annular recess portion that follows the lip portion 11 and is recessed radially outward of the piston. In addition, the piston 1 has a cavity 8
At the center of the bottom of the cavity, a protrusion 13 is formed which is raised toward the opening of the cavity 8.

【0028】シリンダヘッド3の下部には、燃料噴射弁
9がその先端の噴射ノズル10がシリンダ2a内に臨ん
だ状態で取付固定されている。図4にも示すように、燃
料噴射弁9は、燃料を、噴射ノズル10からリップ部1
1に向かって放射状に例えば6方向へそれぞれ均等に噴
射することによって、キャビティ8内に燃料を直接噴射
するためのものである。この燃料噴射弁9は、クランク
軸(図示省略)の回転角度を検出する電磁式のクランク
角センサ22や、アクセルペダルの開度(アクセル操作
量)を検出するアクセル開度センサ23等の出力信号に
基づいて、コントロールユニット(以降、ECUとい
う)40により作動制御されるようになっている。
A fuel injection valve 9 is attached and fixed to the lower portion of the cylinder head 3 with an injection nozzle 10 at the tip thereof facing the inside of the cylinder 2a. As also shown in FIG. 4, the fuel injection valve 9 transfers the fuel from the injection nozzle 10 to the lip portion 1.
This is for directly injecting the fuel into the cavity 8 by uniformly injecting radially toward 1, for example, 6 directions. The fuel injection valve 9 outputs signals from an electromagnetic crank angle sensor 22 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown), an accelerator opening sensor 23 that detects an accelerator pedal opening (accelerator operation amount), and the like. Based on the above, the operation is controlled by a control unit (hereinafter referred to as ECU) 40.

【0029】そして、本実施形態に係る燃料燃焼装置
は、燃料噴射弁9より噴射された燃料噴霧を着火遅れ期
間にリップ部11に到達させて、このリップ部11付近
に燃料蒸気16の領域を形成するように構成されてい
る。さらに、この燃料噴射弁9の燃料噴射方向前方の所
定位置で燃料を着火させ、この着火による燃焼ガスの膨
張流により、その着火位置前方の燃料蒸気をキャビティ
8の内周壁面に当てて該キャビティ8の底の方へ誘導
し、火炎がキャビティ8の底に伝播されるように構成さ
れている。
In the fuel combustion apparatus according to this embodiment, the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 reaches the lip portion 11 during the ignition delay period, and the region of the fuel vapor 16 is provided near the lip portion 11. Configured to form. Further, the fuel is ignited at a predetermined position in front of the fuel injection valve 9 in the fuel injection direction, and the expansion flow of the combustion gas caused by the ignition causes the fuel vapor in front of the ignition position to hit the inner peripheral wall surface of the cavity 8 and the cavity. 8 is directed towards the bottom of the cavity 8 and the flame is propagated to the bottom of the cavity 8.

【0030】4はシリンダヘッド3の下部に形成されて
キャビティ8内に空気を供給するための吸気ポート(ヘ
リカルポート)であり、5は同様にシリンダヘッド3の
下部に形成されてキャビティ8内から排気ガスを排出す
るための排気ポートである。図2に示すように、吸気ポ
ート4及び排気ポート5は、それぞれ例えば2つずつ設
けられている。吸気ポート4には直立型の吸気バルブ6
が、また排気ポート5には同様の排気バルブ7がそれぞ
れ設けられている。
Reference numeral 4 is an intake port (helical port) formed in the lower portion of the cylinder head 3 for supplying air into the cavity 8, and 5 is similarly formed in the lower portion of the cylinder head 3 from the inside of the cavity 8. An exhaust port for exhausting exhaust gas. As shown in FIG. 2, for example, two intake ports 4 and two exhaust ports 5 are provided, respectively. Upright intake valve 6 in intake port 4
However, similar exhaust valves 7 are provided in the exhaust ports 5, respectively.

【0031】そして、吸気ポート4,4には吸気通路2
4,24がそれぞれ接続される一方、排気ポート5には
排気通路25,25がそれぞれ接続されている。2本の
吸気通路24,24のうち一方には、その一方の吸気通
路24内の吸気の流通量を変更するためのスワール制御
弁30が設けられている。スワール制御弁30は、例え
ばバタフライバルブからなるもので、アクチュエータに
より駆動されて開閉される。そして、図2に示すよう
に、このスワール制御弁30が完全に閉じられることに
より、吸気は他方の吸気通路24のみからキャビティ8
に流入して、キャビティ8内に、図4中に矢示されるよ
うな比較的強いスワールを生成するように構成されてい
る。
The intake passage 2 is provided in the intake ports 4 and 4.
4, 24 are connected to each other, while exhaust passages 25, 25 are connected to the exhaust port 5, respectively. One of the two intake passages 24, 24 is provided with a swirl control valve 30 for changing the flow rate of intake air in the one intake passage 24. The swirl control valve 30 is, for example, a butterfly valve, and is opened and closed by being driven by an actuator. Then, as shown in FIG. 2, the swirl control valve 30 is completely closed, so that the intake air flows from only the other intake passage 24 to the cavity 8
To generate a relatively strong swirl in the cavity 8 as shown by the arrow in FIG.

【0032】そして、スワール制御弁30が、完全に閉
じた状態から徐々に開くに連れて、2本の吸気通路2
4,24の双方から吸気が流入するようになり、吸気の
タンブル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まる
ようになっている。このスワール制御弁30は、その弁
開度を、クランク角センサ22により検出されるクラン
ク軸の回転角度から演算されるエンジン回転数Neに基
づいて、ECU40により制御するように構成されてい
る。
Then, as the swirl control valve 30 gradually opens from the completely closed state, the two intake passages 2
The intake air flows in from both 4, 4 and 24, and the tumble component of the intake air is strengthened and the swirl component is weakened. The swirl control valve 30 is configured to be controlled by the ECU 40 based on the engine speed Ne calculated from the crankshaft rotation angle detected by the crank angle sensor 22.

【0033】さらに、本実施形態に係る燃料燃焼装置
は、エンジン回転数Neが所定値Ne 0以上になったと
きに、燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧のペネトレ
ーションSpを、エンジン回転数Neが上記所定値Ne
0未満のときの燃料噴霧のペネトレーションSpに比べ
て増大するように制御するペネトレーション制御手段を
備えている。
Further, the fuel combustion apparatus according to this embodiment
Is the engine speed Ne is a predetermined value Ne 0When it is over
First, the penetration of the fuel spray injected from the fuel injection valve 9
The engine speed Ne is equal to the above predetermined value Ne.
0Compared with the fuel spray penetration Sp below
Penetration control means to control
I have it.

【0034】ここで、ペネトレーションSpとは、燃料
噴霧の貫徹度合い(貫徹力ともいう)であって、燃料噴
射開始からの着火遅れ期間(代表的な値として、0.4
2ms)に形成された燃料噴霧の噴射方向長さ、つまり
噴射ノズル10から燃料噴霧先端までの到達距離により
表される。
Here, the penetration Sp is the penetration degree (also called penetration force) of the fuel spray, and the ignition delay period from the start of fuel injection (typically 0.4
2 ms), the length in the injection direction of the fuel spray, that is, the arrival distance from the injection nozzle 10 to the tip of the fuel spray.

【0035】そして、ペネトレーション制御手段は、エ
ンジン回転数Neが所定値Ne0以上になったときに、
燃料噴射弁9の燃料噴射圧Prを、エンジン回転数Ne
が上記所定値Ne0未満のときの燃料噴射圧Prに比べ
て増大するように制御するためのものである。つまり、
ペネトレーション制御手段は、燃料噴射圧Prを大きく
することにより、燃料噴霧のペネトレーションSpを増
大させるようにしている。
Then, the penetration control means, when the engine speed Ne exceeds a predetermined value Ne 0 ,
The fuel injection pressure Pr of the fuel injection valve 9 is set to the engine speed Ne.
Is for controlling to increase as compared with the fuel injection pressure Pr when is less than the predetermined value Ne 0 . That is,
The penetration control unit increases the fuel injection pressure Pr to increase the fuel spray penetration Sp.

【0036】さらに、ペネトレーション制御手段は、エ
ンジン回転数Neが所定値Ne0以上になったときに、
キャビティ8内のスワールのスワール比Swを、エンジ
ン回転数Neが上記所定値Ne0未満のときのスワール
比Swに比べて減少するように制御するものである。す
なわち、ペネトレーション制御手段は、ECU40と、
クランク角センサ22と、燃料噴射弁9と、スワール制
御弁30等により構成されている。また、スワール比S
wとは、キャビティ8内におけるスワールの速度(スワ
ール速度)Vと、エンジンの回転数Neとの比、つま
り、Sw=V/Neである。
Further, the penetration control means, when the engine speed Ne exceeds a predetermined value Ne 0 ,
The swirl ratio Sw of the swirl in the cavity 8 is controlled so as to be smaller than the swirl ratio Sw when the engine speed Ne is less than the predetermined value Ne 0 . That is, the penetration control means is the ECU 40,
The crank angle sensor 22, the fuel injection valve 9, the swirl control valve 30 and the like are included. Also, the swirl ratio S
w is a ratio of the swirl speed (swirl speed) V in the cavity 8 to the engine speed Ne, that is, Sw = V / Ne.

【0037】このようにして、エンジン回転数Neが所
定値Ne0未満であるときには、スワール制御弁30の
開度を小さくして(例えば全閉状態にして)スワール比
Swを大きくすることでスワールを強化するようにして
いる。一方、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上に
なったときには、スワール制御弁30の開度を大きくし
て(例えば全開状態にして)スワール比Swを小さく
し、スワールを弱めるとともに、燃料噴射弁9からの燃
料噴射圧Prを増大させることで燃料噴霧のペネトレー
ションSpを強化するようにしている。
In this way, when the engine speed Ne is less than the predetermined value Ne 0 , the swirl ratio Sw is increased by decreasing the opening degree of the swirl control valve 30 (for example, in the fully closed state). Is trying to strengthen. On the other hand, when the engine speed Ne becomes equal to or higher than the predetermined value Ne 0 , the opening degree of the swirl control valve 30 is increased (for example, the fully open state) to reduce the swirl ratio Sw to weaken the swirl and reduce the fuel injection valve. By increasing the fuel injection pressure Pr from No. 9, the penetration Sp of the fuel spray is strengthened.

【0038】上記ディーゼルエンジンの燃料燃焼装置は
次のように構成されている。すなわち、燃料噴射弁9の
燃料噴射開始から0.42ms経過時点での燃料噴霧の
到達距離Sp(ペネトレーション)と、該燃料噴射弁9
の燃料噴霧のコーン角Θと、上記キャビティ8の上記リ
ップ部11における最小口径(以下、リップ径とい
う。)Dlip とは、次式を満足する関係にある。
The fuel combustion device for the diesel engine is constructed as follows. That is, the arrival distance Sp (penetration) of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection of the fuel injection valve 9 and the fuel injection valve 9
The cone angle Θ of the fuel spray and the minimum diameter (hereinafter, referred to as lip diameter) Dlip in the lip portion 11 of the cavity 8 have a relationship satisfying the following equation.

【0039】 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) ……(1) 但し、k=1.4〜1.8であり、k=1.5〜1.7
であることがさらに好ましい。また、上記コーン角Θ=
153〜157度であることが好ましく、Θ=154〜
156度であることがさらに好ましい。燃料噴射開始か
らの時間0.42msは、エミッション運転モード(中
負荷運転時)での代表的な着火遅れ期間である。
Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (1) where k = 1.4 to 1.8 and k = 1.5 to 1.7.
Is more preferable. Also, the cone angle Θ =
It is preferably 153 to 157 degrees, and Θ = 154 to
More preferably, it is 156 degrees. The time 0.42 ms from the start of fuel injection is a typical ignition delay period in the emission operation mode (during medium load operation).

【0040】本発明は、燃料噴射弁9からリップ部11
に向けて燃料を噴射し、燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧
をリップ部11に到達させて該リップ部11付近に燃料
蒸気16が形成されるようにしようとするものである。
そのために、キャビティ8の最小口径Dlip は、燃料噴
射開始から、着火遅れ期間0.42ms経過時点での燃
料噴霧の到達距離Sp(ペネトレーション)に基づいて
決定される。このSpにsin(Θ/2)を乗じているの
は、燃料がコーン角Θをもって噴射されることから、燃
料噴霧の水平方向での到達距離を求めるためである。
In the present invention, the fuel injection valve 9 to the lip portion 11 are used.
The fuel is injected toward and the fuel spray reaches the lip portion 11 during the ignition delay of the fuel so that the fuel vapor 16 is formed in the vicinity of the lip portion 11.
Therefore, the minimum diameter Dlip of the cavity 8 is determined based on the arrival distance Sp (penetration) of the fuel spray when the ignition delay period 0.42 ms elapses from the start of fuel injection. This Sp is multiplied by sin (Θ / 2) because the fuel is injected with the cone angle Θ, so that the reaching distance of the fuel spray in the horizontal direction is obtained.

【0041】到達距離Spは、定容器実験(燃料噴射圧
力80MPa,雰囲気圧力2.5MPa,温度20℃)
により求められる。定容器実験データがない場合には広
安の式から見積もることができる。広安の式は、到達距
離Spと燃料噴射弁9のノズル径とを関係付ける実験式
であり、それは次の通りである。
The reach distance Sp is a constant vessel experiment (fuel injection pressure 80 MPa, atmospheric pressure 2.5 MPa, temperature 20 ° C.)
Required by. If there is no constant container experimental data, it can be estimated from Hiroan's formula. Hiro's formula is an empirical formula that relates the reaching distance Sp and the nozzle diameter of the fuel injection valve 9, and is as follows.

【0042】Sp=Spb+2.95×(ΔP×106/ρf)0.25×
(Dn×(t-tb))0.5 Spb=0.39×(2×ΔP×106/ρf)0.5×tb tb=28.65×(ρf×Dn×10-3)/(ρA×ΔP×106)0.5/10-3 但し、ΔP:容器圧力と噴射圧力との差圧(MPa)、ρ
f:軽油密度(kg/m3)、Dn:ノズル径(mm)、t:噴射開始
後の時間(0.42ms)、ρA:容器空気密度であ
る。
Sp = Spb + 2.95 × (ΔP × 10 6 / ρf) 0.25 ×
(Dn × (t-tb)) 0.5 Spb = 0.39 × (2 × ΔP × 10 6 / ρf) 0.5 × tb tb = 28.65 × (ρf × Dn × 10 -3 ) / (ρA × ΔP × 10 6 ) 0.5 / 10 -3 However, ΔP: differential pressure (MPa) between container pressure and injection pressure, ρ
f: light oil density (kg / m 3 ), Dn: nozzle diameter (mm), t: time after injection start (0.42 ms), ρA: container air density.

【0043】シリンダボア径Bは次式を満足する関係に
ある。
The cylinder bore diameter B has a relationship satisfying the following equation.

【0044】 B=K×Dlip ……(2) 但し、K=1.8〜2.5であることが好ましく、K=
2.0〜2.3であることがさらに好ましい。
B = K × Dlip (2) However, it is preferable that K = 1.8 to 2.5, and K =
More preferably, it is 2.0 to 2.3.

【0045】例えば、到達距離Sp=27mm、コーン
角Θ=154度の場合、リップ径Dlip =38.94〜
44.20mmとし、ボア径B=77.87〜100.
33mmとすることになる。凸部13の高さはリップ径
Dlip の0.2〜0.25倍程度とすればよい。
For example, when the reaching distance Sp = 27 mm and the cone angle Θ = 154 degrees, the lip diameter Dlip = 38.94-
44.20 mm, bore diameter B = 77.87-100.
It will be 33 mm. The height of the convex portion 13 may be about 0.2 to 0.25 times the lip diameter Dlip.

【0046】上記燃料噴霧の噴霧角θ=15〜24度で
あることが好ましく、θ=18〜23度がさらに好まし
い。上記燃料噴射弁9の燃料噴射圧P=50MPa以上
であることが好ましく、P=80MPa以上であること
がさらに好ましい。噴射圧の上限は例えば150MP
a、さらには200MPaとすることができる。
The spray angle of the fuel spray is preferably 15 to 24 degrees, more preferably 18 to 23 degrees. The fuel injection pressure P of the fuel injection valve 9 is preferably P = 50 MPa or more, and more preferably P = 80 MPa or more. The upper limit of injection pressure is, for example, 150MP
a, and further 200 MPa.

【0047】燃料噴射弁9より噴射された燃料噴霧が上
記ピストンのキャビティ8のリップ部11に最初に到達
した時点の、該リップ部11おける燃料噴霧の運動量に
対するスワールの運動量の比は0.9〜1.5であるこ
とが好ましく、この運動量比は1.1〜1.3であるこ
とがさらに好ましい。この運動量比は次式によって求め
ることができる。
When the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 first reaches the lip portion 11 of the cavity 8 of the piston, the ratio of the swirl momentum to the fuel spray momentum in the lip portion 11 is 0.9. The ratio of momentum is preferably 1.5 to 1.5, and more preferably 1.1 to 1.3. This momentum ratio can be calculated by the following equation.

【0048】 運動量比=((ρa/ρao)×Va)/((ρs/ρso)×Vs) ……(3) 但し、ρa:充填空気密度、ρao:標準状態での空気密
度、Va:圧縮行程上死点でのリップ部11の部位のスワ
ール速度、ρs:定容器実験での燃料噴霧の密度、ρs
o:標準状態での燃料噴霧の密度、Vs:定容器実験での
リップ部到達時の噴霧速度である。標準状態は20℃、
1気圧(0.1013MPa)である。
Momentum ratio = ((ρa / ρao) × Va) / ((ρs / ρso) × Vs) (3) where ρa: filled air density, ρao: air density in standard state, Va: compression Swirl velocity at the lip portion 11 at the top dead center of the stroke, ρs: Density of fuel spray in constant container experiment, ρs
o: Density of fuel spray in the standard state, Vs: Spray speed when the lip reaches in the constant container experiment. Standard condition is 20 ℃,
It is 1 atm (0.1013 MPa).

【0049】ここに、ρa/ρao=(Pin/101.3)/(Tin/2
93.3)、Va=ρa×SRi×(Dlip/B/2))2×(N×2π/6
0)×Dlip、である。ρs/ρso=1とすることができ
る。
Where ρa / ρao = (Pin / 101.3) / (Tin / 2
93.3), Va = ρa × SRi × (Dlip / B / 2)) 2 × (N × 2π / 6
0) × Dlip. It is possible to set ρs / ρso = 1.

【0050】但し、Pin:吸気マニホールド内圧力(k
Pa)、Tin:吸気マニホールド内温度、SRi:リグテ
ストでのスワール比、N:エンジン回転数(rpm)であ
る。
Where Pin: pressure in the intake manifold (k
Pa), Tin: temperature in intake manifold, SRi: swirl ratio in rig test, N: engine speed (rpm).

【0051】次にk値がNOx生成量に与える影響につ
いて説明する。すなわち、上記(1)式から明らかなよ
うに、k値の大小はリップ径Dlip の大小として反映さ
れ、到達距離Spを一定とすると、縦渦の強さに影響を
与える。そこで、k値を変化させたときのNO生成量を
調べた。その結果は図5に示されている。
Next, the effect of the k value on the amount of NOx produced will be described. That is, as is clear from the above equation (1), the magnitude of the k value is reflected as the magnitude of the lip diameter Dlip, and if the reaching distance Sp is constant, the strength of the vertical vortex is affected. Therefore, the amount of NO produced when the k value was changed was examined. The result is shown in FIG.

【0052】同図において、k=1.9のデータは、リ
エントラント率R=1で且つキャビティ8中央の凸部1
3がないPAN(平鍋)型のものである。なお、リエン
トラント率Rはキャビティ8の最大内径をDmax とする
ときの、Dlip/Dmax値である。k=1.73のデータ
は、リエントラント率R=1.73/1.9でキャビテ
ィ8中央に凸部13を有するリエントラント型のもので
ある。k=1.65及びk=1.54の各データは、凹
入部12のリップ部11からの凹入量Re(図3(B)
参照)をk=1.73のものと同じにしたリエントラン
ト型のものである。
In the figure, the data of k = 1.9 shows the reentrant rate R = 1 and the convex portion 1 at the center of the cavity 8.
It is a PAN type that does not have 3. The reentrant rate R is a Dlip / Dmax value when the maximum inner diameter of the cavity 8 is Dmax. The data of k = 1.73 is a reentrant type having a reentrant rate R = 1.73 / 1.9 and a convex portion 13 at the center of the cavity 8. The respective data of k = 1.65 and k = 1.54 are the amount of recess Re from the lip 11 of the recess 12 (FIG. 3 (B)).
(Ref.) Is the same as that of k = 1.73.

【0053】図5によれば、k値が小さくなるに従って
NO生成量が減少している。これは、リップ径が小さく
なることによって燃焼初期の燃焼ガスの膨張流がキャビ
ティ8内周壁面に強く作用し、縦渦が促進されること、
さらに、凹入部12と凸部13との距離が近くなり、縦
渦を生じ易くなるためである。
According to FIG. 5, the NO generation amount decreases as the k value decreases. This is because the expansion flow of the combustion gas at the initial stage of combustion strongly acts on the inner peripheral wall surface of the cavity 8 due to the smaller lip diameter, and the vertical vortex is promoted.
Furthermore, the distance between the recessed portion 12 and the protruding portion 13 becomes short, and vertical vortices are easily generated.

【0054】しかしながら、上記k値が1.4未満であ
って、キャビティ8の最小口径Dlip が相対的に小さく
なり過ぎると、燃料噴射弁9から液状噴流として噴射さ
れた燃料は、リップ部11に到達するまでに充分に分裂
しないため、不完全な噴霧状態となる。従って、燃料蒸
気16の形成も不充分となって、膨張流が有効に働かな
い。さらに、燃料噴霧のコア(燃料噴射弁9から噴射さ
れた燃料噴霧の中に存在する液柱部分又は燃料濃度が非
常に高い部分)がリップ部11に衝突して燃焼を悪化さ
せて出力が低下するので、NOx生成量は少なくなると
しても、煤の生成量は多くなってしまう。
However, when the k value is less than 1.4 and the minimum diameter Dlip of the cavity 8 becomes relatively small, the fuel injected from the fuel injection valve 9 as a liquid jet flows to the lip portion 11. It does not split sufficiently before reaching, resulting in incomplete atomization. Therefore, the formation of the fuel vapor 16 is also insufficient, and the expansion flow does not work effectively. Further, the core of the fuel spray (the liquid column portion existing in the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 or the portion having a very high fuel concentration) collides with the lip portion 11 to deteriorate the combustion and reduce the output. Therefore, even if the NOx generation amount decreases, the soot generation amount increases.

【0055】一方、k値が1.8を越えて、最小口径D
lip が相対的に大きくなり過ぎると、着火点からリップ
部11までの距離が遠くなるため、膨張流がその前方の
燃料蒸気16に作用したとしても、その燃料蒸気16
は、リップ部11に当たる前に周囲に分散する。従っ
て、燃料蒸気16を膨張流によってキャビティ底の方へ
誘導することができないため、NOx発生量が増えてし
まう。
On the other hand, when the k value exceeds 1.8, the minimum diameter D
If the lip becomes relatively large, the distance from the ignition point to the lip portion 11 becomes large, so even if the expansion flow acts on the fuel vapor 16 in front of it, the fuel vapor 16
Disperse around the periphery before hitting the lip 11. Therefore, since the fuel vapor 16 cannot be guided toward the bottom of the cavity by the expansion flow, the NOx generation amount increases.

【0056】このことから、上記k値として、k=1.
4〜1.8であることが望ましい。さらに、このような
観点から、上記k値として、k=1.5〜1.7とする
ことがより好ましい。
From this, as the above k value, k = 1.
It is desirable that it is 4 to 1.8. Further, from such a viewpoint, it is more preferable that the above k value is k = 1.5 to 1.7.

【0057】次に、図3(A)〜(C)を参照して、本
発明のディーゼルエンジンの燃焼コンセプトについて説
明する。同図(A)に着火遅れ期間の状態を示すよう
に、キャビティ8に縦渦(キャビティ8のリップ部11
から凹入部12、最深部、凸部13を経て再びリップ部
13に至る流れ)が実質的に生じていないときに、燃料
噴射弁9から燃料をピストン1のリップ部11に向かう
ように噴射する。この燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧1
5をリップ部11に到達させて該リップ部11付近に燃
料蒸気16の領域を形成する。そして、この燃料蒸気溜
まりの領域における燃料噴射方向上流側の位置で燃料蒸
気16に着火させる。着火点を同図(A)中に★印で示
す。尚、着火点が燃料蒸気16領域の上流側に位置する
理由は、圧縮行程では強力な縦渦が形成されないため、
燃料がリップ部11近傍において過リッチとなる一方、
リップ部11からやや離れた所が着火に適した濃度にな
るためと考えられる。
Next, the combustion concept of the diesel engine of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (A) to 3 (C). As shown in the figure (A) of the ignition delay period, a vertical vortex (the lip portion 11 of the cavity 8 is formed in the cavity 8).
From the fuel injection valve 9 to the lip portion 11 of the piston 1 when the flow from the fuel injection valve 9 to the lip portion 13 through the concave portion 12, the deepest portion, and the convex portion 13 to the lip portion 13 is not substantially generated. . Fuel spray 1 during the ignition delay period of this fuel
5 reaches the lip portion 11 to form a region of the fuel vapor 16 near the lip portion 11. Then, the fuel vapor 16 is ignited at a position on the upstream side in the fuel injection direction in this fuel vapor pool region. The ignition point is indicated by a star in the figure (A). The reason why the ignition point is located on the upstream side of the fuel vapor 16 region is that a strong vertical vortex is not formed in the compression stroke.
While the fuel becomes excessively rich in the vicinity of the lip portion 11,
It is considered that the concentration is suitable for ignition at a place slightly away from the lip portion 11.

【0058】この場合、噴霧のペネトレーションSpを
大きくすることにより、リップ部11付近に燃料蒸気1
6の領域を形成することができる。このことは、次に述
べる膨張流によって燃料蒸気16を凹入部12の方へ多
量に誘導する上で有利になる。また、コーン角Θを大き
くする(Θ=153〜157度とする)方がリップ部1
1の付近に燃料蒸気16の領域を形成する上で有利にな
る。
In this case, by increasing the spray penetration Sp, the fuel vapor 1
Six regions can be formed. This is advantageous for inducing a large amount of the fuel vapor 16 toward the recess 12 by the expansion flow described below. In addition, it is preferable to increase the cone angle Θ (θ = 153 to 157 degrees) to the lip portion 1.
1 is advantageous in forming the region of the fuel vapor 16 in the vicinity of 1.

【0059】同図(B)に燃焼初期状態を示すように、
上記着火により下流側へ向かって爆発的に広がる強い膨
張流が生成される。そして、燃料蒸気領域の下流側(着
火位置前方)のリップ部付近の燃料蒸気16は、燃焼ガ
ス17の膨張流によってキャビティ8内周壁面(特にリ
ップ部11と、該リップ部11よりもピストン1径方向
外側へ凹入した凹入部12との境界付近)に当たる。そ
して、この燃料蒸気16がキャビティ8内周壁面に沿っ
てキャビティ8の底部側へ誘導されることで、強力な縦
渦が生成される。さらに、キャビティ8の底部に誘導さ
れた燃料を追いかけて火炎が伝播していくことで、さら
に縦渦が成長していく。
As shown in the initial combustion state in FIG.
The ignition causes a strong expansive flow that explosively expands toward the downstream side. The fuel vapor 16 in the vicinity of the lip portion on the downstream side (in front of the ignition position) in the fuel vapor region is formed by the expansion flow of the combustion gas 17 on the inner wall surface of the cavity 8 (especially the lip portion 11 and the piston 1 more than the lip portion 11). It contacts the vicinity of the boundary with the recessed portion 12 that is recessed radially outward. Then, the fuel vapor 16 is guided to the bottom side of the cavity 8 along the inner peripheral wall surface of the cavity 8 to generate a strong vertical vortex. Further, as the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity 8, the vertical vortex grows further.

【0060】この場合、上記噴霧ペネトレーションSp
を大きくすると、噴射方向前方への膨張流が大きくな
り、縦渦の促進に有利になる。また、リップ径Dlip は
小さい方が膨張流をキャビティ8内周壁面に強く当てて
燃料蒸気をキャビティ底の方へ誘導する上で有利にな
る。但し、リップ径Dlip が小さくなりすぎると、エン
ジンの最高出力が低くなるため、リップ径Dlip はボア
径Bの1/2よりも大きい方が好ましい。
In this case, the above-mentioned spray penetration Sp
When is increased, the expansion flow forward in the injection direction is increased, which is advantageous in promoting vertical vortices. Further, the smaller the lip diameter Dlip, the more advantageous it is for the expanded flow to be strongly applied to the inner peripheral wall surface of the cavity 8 to guide the fuel vapor toward the bottom of the cavity. However, if the lip diameter Dlip becomes too small, the maximum output of the engine becomes low. Therefore, the lip diameter Dlip is preferably larger than 1/2 of the bore diameter B.

【0061】同図(C)に燃焼後期の状態を示すよう
に、キャビティ8中央部の凸部13により、キャビティ
底の最も深い部位からの燃焼ガス17の当該凸部13の
立ち上がり面に沿った巻き上げを促進する。
As shown in the state of the latter stage of combustion in FIG. 6C, the convex portion 13 in the central portion of the cavity 8 extends along the rising surface of the convex portion 13 of the combustion gas 17 from the deepest portion of the cavity bottom. Promote winding.

【0062】以上により、燃料噴射終了までにキャビテ
ィ8内の最高温度部位をリップ部11よりもキャビティ
8の底部側に移行させるものである。従って、ヒートス
ポットがキャビティ8内の特定部位で大きくならず、ま
た、ヒートスポットの消滅が早くなり、NOxの低減が
図れる。また、燃焼後期の上記巻き上げによって燃焼ガ
ス17とキャビティ8中央部上方に残存する酸素との混
合が進み、さらには燃焼ガス17がスキッシュエリアに
流れるため、空気利用率が高まって、当該燃焼ガス17
中の煤の再燃焼が促進され、煤排出量が低減する。
As described above, the highest temperature portion in the cavity 8 is moved to the bottom side of the cavity 8 rather than the lip portion 11 by the end of fuel injection. Therefore, the heat spot does not become large at a specific portion in the cavity 8, the heat spot disappears quickly, and NOx can be reduced. Further, since the combustion gas 17 and oxygen remaining above the central portion of the cavity 8 are mixed by the above-mentioned winding in the latter stage of combustion, and further the combustion gas 17 flows into the squish area, the air utilization rate is increased, and the combustion gas 17
Reburning of the soot inside is promoted, and soot emissions are reduced.

【0063】次に、図6に示すフローチャートを参照し
て、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料
燃焼制御の具体的な処理手順について説明する。まず、
スタート後のステップS1において、クランク角センサ
22及びアクセル開度センサ23等の各種センサからの
出力信号が、ECU40に入力される。
Next, with reference to the flow chart shown in FIG. 6, a specific processing procedure of the fuel combustion control of the diesel engine according to the embodiment of the present invention will be described. First,
In step S1 after the start, output signals from various sensors such as the crank angle sensor 22 and the accelerator opening sensor 23 are input to the ECU 40.

【0064】続いて、ステップS2において、ECU4
0によって、クランク角センサ22からの出力に基づい
てエンジン回転数Neが演算され、またアクセル開度セ
ンサ23からの出力に基づいてアクセル開度が演算され
る。そして、これらエンジン回転数Neやアクセル開度
等に基づいて、ECU40により基本噴射時期Ibが演
算される。
Subsequently, in step S2, the ECU 4
With 0, the engine speed Ne is calculated based on the output from the crank angle sensor 22, and the accelerator opening is calculated based on the output from the accelerator opening sensor 23. Then, the basic injection timing Ib is calculated by the ECU 40 based on the engine speed Ne, the accelerator opening degree, and the like.

【0065】さらに、このステップS2において、燃料
噴射弁9から噴射される燃料噴霧の基本噴射圧Pbがエ
ンジン回転数Neに基づいてECU40により演算され
る。すなわち、図7(A)にも示すように、基本噴射圧
Pbは、エンジン回転数Neの関数f(Ne)=a0
Neにより決定される。但し、a0は、エンジン回転数
Neに対する基本噴射圧Pbの増加率、つまり、a0
(ΔPb)/(ΔNe)である。
Further, in step S2, the basic injection pressure Pb of the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 is calculated by the ECU 40 based on the engine speed Ne. That is, as also shown in FIG. 7A, the basic injection pressure Pb is a function f (Ne) = a 0 · a of the engine speed Ne.
Determined by Ne. However, a 0 is an increase rate of the basic injection pressure Pb with respect to the engine speed Ne, that is, a 0 =
(ΔPb) / (ΔNe).

【0066】その後、ステップS3において、上記ステ
ップS2で演算されたエンジン回転数Neが所定のしき
い値たる回転数Ne0以上であるか否かが判断される。
そして、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上で
あって、エンジンが比較的高回転状態でありYESと判
断された場合には、ステップS4へ進む。
Then, in step S3, it is determined whether or not the engine speed Ne calculated in step S2 is equal to or higher than the speed Ne 0 which is a predetermined threshold value.
When the engine speed Ne is equal to or higher than the predetermined speed Ne 0 and the engine is in a relatively high speed state and YES is determined, the process proceeds to step S4.

【0067】ステップS4では、補正噴射圧Paがエン
ジン回転数Neに基づいてECU40により演算され
る。すなわち、図7(A)にも示すように、補正噴射圧
Paは、エンジン回転数Neの関数g(Ne)=a1
Neにより決定される。但し、a1は、a0よりも大きい
定数であって(a1>a0)、エンジン回転数Neに対す
る補正噴射圧Paの増加率、つまり、a1=(ΔPa)
/(ΔNe)である。その後、ステップS5に進んで、
キャビティ8内に実際に燃料噴射弁9から噴射される燃
料噴射圧Prを補正噴射圧Paに設定する。すなわち、
燃料噴射弁9からの燃料噴射圧Prが大きくなるように
補正されるため、燃料噴霧のペネトレーションSpが強
化される。その後、ステップS6に移る。
In step S4, the ECU 40 calculates the corrected injection pressure Pa based on the engine speed Ne. That is, as shown in FIG. 7A, the corrected injection pressure Pa is a function g (Ne) = a 1 · a of the engine speed Ne.
Determined by Ne. However, a 1 is a constant larger than a 0 (a 1 > a 0 ), and the rate of increase of the corrected injection pressure Pa with respect to the engine speed Ne, that is, a 1 = (ΔPa)
/ (ΔNe). After that, proceed to step S5,
The fuel injection pressure Pr actually injected from the fuel injection valve 9 into the cavity 8 is set to the corrected injection pressure Pa. That is,
Since the fuel injection pressure Pr from the fuel injection valve 9 is corrected to be large, the penetration Sp of the fuel spray is strengthened. Then, it moves to step S6.

【0068】ステップS6では、スワール制御弁30
は、その弁開度が大きくされて全開状態とされる。この
ことにより、2つの吸気ポート4,4の双方から吸気さ
れるため、キャビティ8内のスワールが弱められる。そ
の後、ステップS7へ進んで、燃料噴射圧Prが強めら
れ且つスワールが弱められた状態で、ECU40により
基本噴射時期Ib及び補正噴射圧Paに基づいて燃料噴
射が実行される。
In step S6, the swirl control valve 30
The valve opening degree is increased and the valve is fully opened. As a result, air is taken in from both of the two intake ports 4 and 4, so the swirl in the cavity 8 is weakened. After that, the routine proceeds to step S7, where the fuel injection pressure Pr is strengthened and the swirl is weakened, the ECU 40 executes fuel injection based on the basic injection timing Ib and the corrected injection pressure Pa.

【0069】一方、上記ステップS3にて、エンジン回
転数Neが所定回転数Ne0未満であって、エンジンが
比較的低回転状態でありNOと判断された場合には、ス
テップS8へ進む。ステップS8では、キャビティ8内
に実際に燃料噴射弁9から噴射される燃料噴射圧Prを
基本噴射圧Pbに設定して、ステップS9に移る。
On the other hand, in step S3, when the engine speed Ne is less than the predetermined speed Ne 0 , the engine is in a relatively low speed state and it is judged NO, the process proceeds to step S8. In step S8, the fuel injection pressure Pr actually injected from the fuel injection valve 9 into the cavity 8 is set to the basic injection pressure Pb, and the process proceeds to step S9.

【0070】ステップS9では、スワール制御弁30
は、その弁開度が小さくされて全閉状態とされる。この
ことにより、2つの吸気ポート4,4の一方のみから吸
気されるため、キャビティ8内のスワールが強められ
る。その後、ステップS7へ進んで、スワールが比較的
強い状態で、ECU40により基本噴射時期Ib及び基
本噴射圧Pbに基づいて燃料噴射が実行される。
In step S9, the swirl control valve 30
Is made fully closed by reducing its valve opening. As a result, only one of the two intake ports 4 and 4 is inhaled, so that the swirl in the cavity 8 is strengthened. After that, the routine proceeds to step S7, where the ECU 40 performs the fuel injection based on the basic injection timing Ib and the basic injection pressure Pb while the swirl is relatively strong.

【0071】このように、燃料噴射弁9の基本噴射圧P
bは、エンジン回転数Neの増大に伴って所定の増加割
合a0で増大するように設定されている。そして、エン
ジン回転数Neが所定値Ne0以上になったときに、基
本噴射圧Pbは、該基本噴射圧Pbの増加割合a0より
も大きい増加割合a1を有する補正噴射圧Paに補正さ
れる。
Thus, the basic injection pressure P of the fuel injection valve 9 is
b is set to increase at a predetermined increase rate a 0 as the engine speed Ne increases. Then, when the engine speed Ne becomes equal to or higher than the predetermined value Ne 0 , the basic injection pressure Pb is corrected to the corrected injection pressure Pa having the increase rate a 1 larger than the increase rate a 0 of the basic injection pressure Pb. It

【0072】また、図8にも示すように、エンジン回転
数Neが所定値Ne0未満であるとき、スワール制御弁
30が全閉状態とされることにより、スワール比Swが
比較的大きくされて、キャビティ8内のスワールは強化
される。そして、エンジン回転数Neが増大されて所定
値Ne0以上になると、そのエンジン回転数Neの増大
に伴って、スワール制御弁30の弁開度は大きくなる一
方、スワール比Swは小さくなる。そして、エンジン回
転数Neの増大に伴って、スワール制御弁30が一旦全
開状態となった後は、エンジン回転数Neがさらに大き
くなっても、スワール制御弁30は全開状態に維持され
る。
As shown in FIG. 8, when the engine speed Ne is less than the predetermined value Ne 0 , the swirl control valve 30 is fully closed, so that the swirl ratio Sw is made relatively large. , The swirl in the cavity 8 is strengthened. Then, when the engine speed Ne is increased to reach the predetermined value Ne 0 or more, the valve opening degree of the swirl control valve 30 increases while the swirl ratio Sw decreases as the engine speed Ne increases. Then, once the swirl control valve 30 is fully opened with the increase of the engine speed Ne, the swirl control valve 30 is maintained in the fully open state even if the engine speed Ne further increases.

【0073】以上のように、本実施形態によれば、着火
遅れ期間中に形成された燃料蒸気領域におけるリップ部
11付近の燃料蒸気16が、着火により発生する膨張流
によって、キャビティ8内周壁面に沿ってキャビティ8
底部側へ誘導されるため、強力な縦渦を生成することが
できる。さらに、キャビティ8底部に誘導された燃料を
追いかけて火炎が伝播するので、さらに縦渦を成長させ
ることができる。そして、この縦渦により火炎がキャビ
テイ8底部側へ伝播して、ヒートスポットがリップ部1
1付近からキャビティ8底部へ広がる一方、リップ部1
1付近では燃料蒸気16が少なくなるので、リップ部1
1付近のヒートスポットは速やかに消滅していく。した
がって、燃料噴射終了までにキャビティ8内の最高温度
部位がリップ部11付近からキャビティ8底部側へ移行
して分散させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the fuel vapor 16 near the lip portion 11 in the fuel vapor region formed during the ignition delay period is expanded by the ignition, and the inner peripheral wall surface of the cavity 8 is caused. Along the cavity 8
Since it is guided to the bottom side, a strong vertical vortex can be generated. Furthermore, since the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity 8, vertical vortices can be further grown. The vertical vortex causes the flame to propagate toward the bottom of the cavity 8 and the heat spot to move to the lip portion 1.
1 spreads from the vicinity of 1 to the bottom of the cavity 8 while the lip 1
Since the fuel vapor 16 decreases in the vicinity of 1, the lip portion 1
The heat spot near 1 disappears promptly. Therefore, by the end of the fuel injection, the highest temperature portion in the cavity 8 can move from the vicinity of the lip portion 11 to the bottom side of the cavity 8 and be dispersed.

【0074】すなわち、ヒートスポットがキャビティ8
内の特定位置で長時間存在するのを防止し、さらにはヒ
ートスポットを早く消滅させるため、NOxの生成量を
効果的に低減させることができる。加えて、縦渦が強化
されることによって、キャビティ8内における燃料と空
気との混合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合と
がそれぞれ促進されるため、煤の生成量を有効に低減さ
せることができる。
That is, the heat spot is the cavity 8.
Since it is possible to prevent the heat spot from existing at a specific position for a long time and to extinguish the heat spot quickly, the amount of NOx produced can be effectively reduced. In addition, since the vertical vortices are strengthened, the mixing of the fuel and the air in the cavity 8 and the mixing of the combustion gas and the air in the latter half of the combustion are promoted, respectively, so that the soot generation amount is made effective. Can be reduced.

【0075】エンジン負荷が所定値未満になって、燃焼
によるNOxの生成量が比較的少なくなるときに、キャ
ビティ8内のスワールが、スワール制御手段によって縦
渦よりも優先して強化される。このことで、強化された
スワールによりキャビティ8内における燃料と空気との
混合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合とが、そ
れぞれより一層促進されるので、煤の生成を効果的に抑
制することができる。
When the engine load becomes less than the predetermined value and the amount of NOx produced by combustion becomes relatively small, the swirl in the cavity 8 is strengthened by the swirl control means in preference to the vertical vortex. As a result, the enhanced swirl further promotes the mixing of the fuel and air in the cavity 8 and the mixing of the combustion gas and air in the latter half of combustion, so that the soot generation is effectively performed. Can be suppressed.

【0076】そのことに加えて、燃料噴射弁9の燃料噴
射圧は、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上になっ
たときに、ペネトレーション制御手段により、エンジン
回転数Neが上記所定値Ne0未満であるときに比べて
増大するように制御される。換言すれば、燃料噴霧のペ
ネトレーションSpは、エンジン回転数Neが所定値N
0以上になったときに、エンジン回転数Neが上記所
定値Ne0未満であるときに比べて増大される。従っ
て、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上である比較
的高回転状態のときであっても、燃料噴霧はスワールに
充分対抗することができるので、エンジン回転数Neの
増大に伴って強くなるスワールにより燃料噴霧のペネト
レーションSpが低下するのを防止することができる。
そのため、リップ部11付近に燃料蒸気16の領域を安
定して形成し、キャビティ8内に生成される縦渦を充分
に強化することができる。すなわち、エンジンが高回転
状態であっても、強化された縦渦によりNOx及び煤の
生成を安定して低減させることができる。
In addition to this, the fuel injection pressure of the fuel injection valve 9 is set such that when the engine speed Ne becomes a predetermined value Ne 0 or more, the penetration control means causes the engine speed Ne to be the predetermined value Ne 0. It is controlled to increase as compared with when it is less than. In other words, in the fuel spray penetration Sp, the engine speed Ne is the predetermined value N.
When e 0 or more, the engine speed Ne is increased compared to when the engine speed Ne is less than the predetermined value Ne 0 . Therefore, the fuel spray can sufficiently oppose the swirl even when the engine speed Ne is at or above the predetermined value Ne 0 and is in a relatively high speed state. Therefore, the fuel spray becomes stronger as the engine speed Ne increases. The swirl can prevent the penetration Sp of the fuel spray from decreasing.
Therefore, the region of the fuel vapor 16 can be stably formed near the lip portion 11, and the vertical vortex generated in the cavity 8 can be sufficiently strengthened. That is, even when the engine is in a high rotation state, the enhanced vertical vortex can stably reduce the generation of NOx and soot.

【0077】さらに、ペネトレーション制御手段によっ
て、エンジン回転数Neが所定値Ne0よりも大きくな
ったときに、キャビティ8内のスワール比Swは、エン
ジン回転数Neが上記所定値Ne0のときのスワール比
Swに比べて減少されるので、エンジン回転数Neに対
応するスワール速度を小さくすることができる。すなわ
ち、エンジン回転数が比較的高いときであっても、スワ
ールの強化を抑制して、スワールによる燃料噴霧ペネト
レーションSpの低減を効果的に抑制することができ、
キャビティ8内に生成される縦渦を充分に強化すること
ができる。
Further, when the engine speed Ne becomes greater than the predetermined value Ne 0 by the penetration control means, the swirl ratio Sw in the cavity 8 is determined by the swirl when the engine speed Ne is the predetermined value Ne 0. Since it is reduced compared to the ratio Sw, the swirl speed corresponding to the engine speed Ne can be reduced. That is, even when the engine speed is relatively high, it is possible to suppress the reinforcement of the swirl and effectively suppress the reduction of the fuel spray penetration Sp due to the swirl.
The vertical vortex generated in the cavity 8 can be sufficiently strengthened.

【0078】尚、上記実施形態では、ペネトレーション
制御手段は、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上で
あるときに、基本噴射圧Pbの増加割合a0を大きくし
て燃料噴射圧Prを増大させ、且つスワール比Swを小
さくしてスワールを弱めるものとしたが、本発明はこれ
に限定されるものではない。すなわち、エンジン回転数
Neが所定値Ne0以上であるときに、燃料噴射圧Pr
のみを増大させるようにしてもよく、またスワール比S
wのみを小さくするようにしてもよい。このようにして
も、燃料噴霧のペネトレーションSpを適切に維持し
て、縦渦を充分に強化させることができる。
In the above embodiment, the penetration control means increases the fuel injection pressure Pr by increasing the increase rate a 0 of the basic injection pressure Pb when the engine speed Ne is equal to or higher than the predetermined value Ne 0. In addition, the swirl ratio Sw is reduced to weaken the swirl, but the present invention is not limited to this. That is, when the engine speed Ne is equal to or greater than the predetermined value Ne 0 , the fuel injection pressure Pr
May be increased, and the swirl ratio S
Only w may be reduced. Even in this case, the penetration Sp of the fuel spray can be appropriately maintained and the vertical vortex can be sufficiently strengthened.

【0079】(実施形態2)図7(B)は、本発明の実
施形態2を示し(尚、以下の各実施形態において、図1
〜図6,図7(A)及び図8と同じ部分については同じ
符号を付し、その詳細な説明は省略する)、上記実施形
態1における基本噴射量Pbの補正内容を変更したもの
である。
(Second Embodiment) FIG. 7B shows a second embodiment of the present invention (note that in each of the following embodiments, FIG.
The same parts as those in FIGS. 6, 7A and 8 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted), and the correction contents of the basic injection amount Pb in the above-described first embodiment are changed. .

【0080】図7(B)に示すように、この実施形態2
では、上記実施形態1と同様に、燃料噴射弁9の基本噴
射圧Pbは、エンジン回転数Neの増大に伴って所定の
増加割合a0で増大するように設定されている。そし
て、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上になったと
きに、基本噴射圧Pbは、該基本噴射圧Pbの増加割合
0を保持し且つ所定の圧力ΔPだけ噴射圧が増加する
ように設定される補正噴射圧Paに補正される。
As shown in FIG. 7B, this second embodiment
Then, as in the first embodiment, the basic injection pressure Pb of the fuel injection valve 9 is set to increase at a predetermined increase rate a 0 as the engine speed Ne increases. Then, when the engine speed Ne becomes equal to or higher than the predetermined value Ne 0 , the basic injection pressure Pb holds the increase rate a 0 of the basic injection pressure Pb and increases the injection pressure by the predetermined pressure ΔP. It is corrected to the set correction injection pressure Pa.

【0081】すなわち、図6のフローチャートにおける
ステップS4において、補正噴射圧Paは、エンジン回
転数Neの関数g(Ne)=a0・Ne+ΔPにより決
定される(但し、ΔPは正の定数)。
That is, in step S4 in the flowchart of FIG. 6, the corrected injection pressure Pa is determined by the function g (Ne) = a 0 · Ne + ΔP of the engine speed Ne (where ΔP is a positive constant).

【0082】このように、補正噴射圧Paを設定するこ
とによっても、エンジン回転数Neが所定値Ne0以上
であるときに、エンジン回転数Neが所定値Ne0未満
であるときに比べて有効に燃料噴射圧Prを増大させる
ことができるため、上記実施形態1と同様の効果を得る
ことができる。
[0082] Thus, corrected injection pressure by setting the Pa, when the engine speed Ne is the predetermined value Ne 0 or more, effective than when the engine rotational speed Ne is smaller than the predetermined value Ne 0 Since the fuel injection pressure Pr can be increased, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0083】(実施形態3)図7(C)は、本発明の実
施形態3を示し、上記実施形態1における基本噴射量P
bの補正内容を変更したものである。
(Third Embodiment) FIG. 7C shows a third embodiment of the present invention, in which the basic injection amount P in the first embodiment is set.
The correction contents of b are changed.

【0084】同図に示すように、この実施形態3では、
上記実施形態1と同様に、燃料噴射弁9の基本噴射圧P
bは、エンジン回転数Neの増大に伴って所定の増加割
合a 0で増大するように設定されている。そして、エン
ジン回転数Neが所定値Ne0以上になったときに、基
本噴射圧Pbは、エンジン回転数Neが上記所定値Ne
0未満であるときの噴射圧よりも大きい所定の一定値た
る噴射圧Pr0に設定される補正噴射圧Paに補正され
る。
As shown in the figure, in the third embodiment,
Similar to the first embodiment, the basic injection pressure P of the fuel injection valve 9
b is a predetermined increase rate as the engine speed Ne increases.
A 0It is set to increase with. And EN
Jin rotation speed Ne is a predetermined value Ne0When the above
For the main injection pressure Pb, the engine speed Ne is equal to the predetermined value Ne.
0Is less than a predetermined constant value that is greater than the injection pressure when
Injection pressure Pr0Is corrected to the corrected injection pressure Pa set to
It

【0085】すなわち、図6のフローチャートにおける
ステップS4において、補正噴射圧Paは、エンジン回
転数Neの関数g(Ne)=Pr0により決定される
(但し、Pr0は正の定数)。このように、補正噴射圧
Paを設定することによっても、エンジン回転数Neが
所定値Ne0以上であるときに、エンジン回転数Neが
所定値Ne0未満であるときに比べて有効に燃料噴射圧
Prを増大させることができるため、上記各実施形態と
同様の効果を得ることができる。
That is, in step S4 in the flowchart of FIG. 6, the corrected injection pressure Pa is determined by the function g (Ne) = Pr 0 of the engine speed Ne (where Pr 0 is a positive constant). Thus, by setting the corrected injection pressure Pa, when the engine speed Ne is the predetermined value Ne 0 or more, effectively fuel injection as compared to when the engine speed Ne is smaller than the predetermined value Ne 0 Since the pressure Pr can be increased, the same effect as that of each of the above-described embodiments can be obtained.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上説明したように、第1の発明による
と、頂部に開口端に近付くに従って径が小さくなるリエ
ントラント型のキャビティが形成されたピストンと、ピ
ストンのキャビティ開口縁を形成するリップ部に向かっ
て燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射弁より
噴射された燃料噴霧を着火遅れ期間にリップ部に到達さ
せてリップ部付近に燃料蒸気の領域を形成し、燃料噴射
弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、この着火によ
る燃焼ガスの膨張流により、その着火位置前方の燃料蒸
気をキャビティの周壁面に当ててキャビティの底の方へ
誘導するように構成されたディーゼルエンジンの燃料燃
焼装置について、エンジン回転数が所定値以上になった
ときに、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧のペネトレ
ーションを、エンジン回転数が上記所定値未満のときの
燃料噴霧のペネトレーションに比べて増大するように制
御するペネトレーション制御手段を備えることにより、
ヒートスポットがキャビティ内の特定位置で長時間存在
するのを防止して、NOxの生成量を効果的に低減させ
るとともに、キャビティ内における燃料又は燃焼ガス
と、空気との混合を促進して、煤の生成量を有効に低減
させることができる。そのことに加えて、エンジン回転
数が所定値以上である比較的高回転状態のときであって
も、キャビティ内の縦渦を充分に強化し、NOx及び煤
の生成を安定して低減させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a piston having a reentrant type cavity formed on the top thereof, the diameter of which decreases as it approaches the opening end, and a lip portion forming the cavity opening edge of the piston. A fuel injection valve for injecting fuel toward the fuel injection valve, and makes the fuel spray injected from the fuel injection valve reach the lip portion during the ignition delay period to form a region of fuel vapor near the lip portion. Diesel engine configured to ignite fuel in the front of the fuel injection direction and to cause the fuel vapor in front of the ignition position to impinge on the peripheral wall surface of the cavity toward the bottom of the cavity by the expansion flow of combustion gas resulting from this ignition For the fuel combustion device, the penetration of the fuel spray injected from the fuel injection valve is changed when the engine speed exceeds a predetermined value. By down speed comprises penetration control means for controlling so as to increase as compared to the penetration of the fuel spray when less than the predetermined value,
It prevents the heat spot from existing at a specific position in the cavity for a long time, effectively reduces the amount of NOx produced, and promotes the mixing of fuel or combustion gas with air in the cavity, soot. It is possible to effectively reduce the production amount of. In addition to that, the vertical vortices in the cavity are sufficiently strengthened to stably reduce the generation of NOx and soot even when the engine speed is at a predetermined value or higher and relatively high speed. You can

【0087】第2の発明によると、ペネトレーション制
御手段は、エンジン回転数が所定値以上になったとき
に、燃料噴射弁の燃料噴射圧を、エンジン回転数が上記
所定値未満のときの燃料噴射圧に比べて増大するように
制御することにより、燃料噴霧が充分にスワールに対抗
するので、燃料噴霧のペネトレーションを効果的に増大
させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the penetration control means controls the fuel injection pressure of the fuel injection valve when the engine speed becomes equal to or higher than a predetermined value, and the fuel injection pressure when the engine speed is lower than the predetermined value. By controlling so as to increase in comparison with the pressure, the fuel spray sufficiently opposes the swirl, so that the penetration of the fuel spray can be effectively increased.

【0088】第3の発明によると、ペネトレーション制
御手段は、エンジン回転数が所定値以上になったとき
に、キャビティ内のスワール比を、エンジン回転数が上
記所定値未満のときのスワール比に比べて減少するよう
に制御することにより、エンジンが比較的高回転状態で
あっても、スワールの強化が弱まるので、燃料噴霧のペ
ネトレーションの低減を効果的に抑制することができ
る。
According to the third aspect of the invention, the penetration control means compares the swirl ratio in the cavity with the swirl ratio when the engine speed is less than the predetermined value when the engine speed becomes equal to or higher than the predetermined value. By controlling so as to decrease, the swirl strengthening is weakened even when the engine is in a relatively high rotation state, so that reduction in fuel spray penetration can be effectively suppressed.

【0089】第4の発明によると、燃料噴射弁の燃料噴
射開始から0.42ms経過時点での燃料噴霧の到達距
離たるペネトレーションSpと、燃料噴射弁の燃料噴霧
のコーン角Θと、キャビティのリップ部における最小口
径Dlip とが、Dlip =k×Sp×sin(Θ/2)、(但
し、k=1.4〜1.8)を満足する関係にあることに
より、燃料噴射弁からリップ部に向けて燃料を噴射し、
燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧をリップ部に到達させて
該リップ部付近に燃料蒸気を適正に形成することができ
る。
According to the fourth aspect of the invention, the penetration Sp, which is the reaching distance of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the fuel injection start of the fuel injection valve, the cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve, and the lip of the cavity. The minimum diameter Dlip in the section is such that Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (where k = 1.4 to 1.8) is satisfied, so that from the fuel injection valve to the lip section. To inject fuel toward
During the fuel ignition delay period, the fuel spray can reach the lip portion and the fuel vapor can be appropriately formed near the lip portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
燃料燃焼装置を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a fuel combustion device for a diesel engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】燃料燃焼装置の要部を拡大して示す平面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a main part of the fuel combustion device.

【図3】本発明の燃焼コンセプトを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a combustion concept of the present invention.

【図4】燃料噴霧が噴射された燃焼室を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a combustion chamber in which fuel spray is injected.

【図5】k値とNO生成量との関係を示すグラフ図であ
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between k value and NO production amount.

【図6】燃料燃焼装置における燃料燃焼制御を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 6 is a flowchart showing fuel combustion control in the fuel combustion device.

【図7】エンジン回転数Neと、燃料噴射圧Prとの関
係を示すグラフ図である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between engine speed Ne and fuel injection pressure Pr.

【図8】エンジン回転数Neと、スワール弁開度及びス
ワール比との関係を示すグラフ図である。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne, a swirl valve opening degree, and a swirl ratio.

【符号の説明】 Sp ペネトレーション(貫徹力、燃料噴霧の到達距
離) Θ 燃料噴霧のコーン角 Dlip リップ部の最小口径 Ne エンジン回転数 Ne0 エンジン回転数の所定値 Sw スワール比 1 ピストン 8 キャビティ 9 燃料噴射弁(ペネトレーション制御手段) 11 リップ部 12 凹入部(キャビティの周壁面) 16 燃料蒸気 22 クランク角センサ(ペネトレーション制御手段) 24 吸気通路(ペネトレーション制御手段) 30 スワール制御弁(ペネトレーション制御手段段) 40 ECU (ペネトレーション制御手段)
[Explanation of symbols] Sp penetration (penetration force, fuel spray reach distance) Θ Fuel spray cone angle Dlip Minimum diameter of lip Ne Engine speed Ne 0 Predetermined value of engine speed Sw Swirl ratio 1 Piston 8 Cavity 9 Fuel Injection valve (penetration control means) 11 Lip portion 12 Recessed portion (circumferential wall surface of cavity) 16 Fuel vapor 22 Crank angle sensor (penetration control means) 24 Intake passage (penetration control means) 30 Swirl control valve (penetration control means stage) 40 ECU (penetration control means)

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) F02D 41/02 380 F02D 41/02 380G F02F 3/26 F02F 3/26 C (72)発明者 寺沢 保幸 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 林原 寛 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G023 AA04 AA05 AA18 AB05 AC05 AD02 AD07 AD09 AD14 AG01 3G301 HA02 HA17 JA24 JA25 LA05 MA18 MA28 MA29 NA08 PA07Z PE01Z PF03Z Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme code (reference) F02D 41/02 380 F02D 41/02 380G F02F 3/26 F02F 3/26 C (72) Inventor Yasuyuki Terazawa Aki-gun, Hiroshima Prefecture 3-1, Fuchu-cho Shinchi Mazda Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Hayashibara 3-1-1, Shinchi Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture F-Term (reference) 3G023 AA04 AA05 AA18 AB05 AC05 AD02 AD07 AD09 AD14 AG01 3G301 HA02 HA17 JA24 JA25 LA05 MA18 MA28 MA29 NA08 PA07Z PE01Z PF03Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 頂部に開口端に近付くに従って径が小さ
くなるリエントラント型のキャビティが形成されたピス
トンと、 上記ピストンのキャビティ開口縁を形成するリップ部に
向かって燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、 上記燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧を着火遅れ期間
に上記リップ部に到達させて該リップ部付近に燃料蒸気
の領域を形成し、 上記燃料噴射弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、
この着火による燃焼ガスの膨張流により、その着火位置
前方の上記燃料蒸気を上記キャビティの周壁面に当てて
該キャビティの底の方へ誘導し、火炎がキャビティの底
に伝播されるように構成されたディーゼルエンジンの燃
料燃焼装置であって、 エンジン回転数が所定値以上になったときに、上記燃料
噴射弁から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを、
エンジン回転数が上記所定値未満のときの燃料噴霧のペ
ネトレーションに比べて増大するように制御するペネト
レーション制御手段を備えることを特徴とするディーゼ
ルエンジンの燃料燃焼装置。
1. A piston having a reentrant type cavity formed on the top thereof, the diameter of which decreases as it approaches the opening end, and a fuel injection valve for injecting fuel toward a lip portion forming the cavity opening edge of the piston. The fuel spray injected from the fuel injection valve reaches the lip portion during an ignition delay period to form a fuel vapor region near the lip portion, and the fuel is ignited in front of the fuel injection direction of the fuel injection valve. Let
Due to the expansion flow of the combustion gas due to this ignition, the fuel vapor in front of the ignition position is applied to the peripheral wall surface of the cavity to guide it toward the bottom of the cavity, and the flame is propagated to the bottom of the cavity. In a fuel combustion device for a diesel engine, the penetration of fuel spray injected from the fuel injection valve when the engine speed exceeds a predetermined value,
A fuel combustion device for a diesel engine, comprising: a penetration control means for controlling so as to increase compared to the penetration of fuel spray when the engine speed is less than the predetermined value.
【請求項2】 請求項1のディーゼルエンジンの燃料燃
焼装置において、 ペネトレーション制御手段は、エンジン回転数が所定値
以上になったときに、燃料噴射弁の燃料噴射圧を、エン
ジン回転数が上記所定値未満のときの燃料噴射圧に比べ
て増大するように制御するものであることを特徴とする
ディーゼルエンジンの燃料燃焼装置。
2. The fuel combustion device for a diesel engine according to claim 1, wherein the penetration control means determines the fuel injection pressure of the fuel injection valve when the engine speed becomes a predetermined value or more, and the engine speed is the predetermined value. A fuel combustion device for a diesel engine, which is controlled so as to increase compared to a fuel injection pressure when the value is less than a value.
【請求項3】 請求項1又は2のディーゼルエンジンの
燃料燃焼装置において、 ペネトレーション制御手段は、エンジン回転数が所定値
以上になったときに、キャビティ内のスワール比を、エ
ンジン回転数が上記所定値未満のときのスワール比に比
べて減少するように制御するものであることを特徴とす
るディーゼルエンジンの燃料燃焼装置。
3. The fuel combustion device for a diesel engine according to claim 1 or 2, wherein the penetration control means determines the swirl ratio in the cavity when the engine speed becomes a predetermined value or more, and the engine speed is the predetermined value. A fuel combustion device for a diesel engine, which is controlled so as to decrease compared to a swirl ratio when the value is less than a value.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1つのディーゼ
ルエンジンの燃料燃焼装置において、 燃料噴射弁の燃料噴射開始から0.42ms経過時点で
の燃料噴霧の到達距離と定義したときのペネトレーショ
ンSpと、上記燃料噴射弁の燃料噴霧のコーン角Θと、
キャビティのリップ部における最小口径Dlip とが次式 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) (但し、k=1.4〜1.8)を満足する関係にあるこ
とを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装置。
4. The fuel combustion apparatus for a diesel engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the penetration Sp is defined as a reaching distance of fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection of the fuel injection valve. And the cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve,
Diesel engine characterized in that the minimum diameter Dlip at the lip portion of the cavity satisfies the following expression Dlip = k x Sp x sin (Θ / 2) (where k = 1.4 to 1.8) Fuel combustion equipment.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0941975A (en) * 1995-07-25 1997-02-10 Isuzu Motors Ltd Combustion chamber of direct injection type diesel engine
JPH10288038A (en) * 1997-04-15 1998-10-27 Nissan Motor Co Ltd Direct injection type diesel engine
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