JP2007239720A - 直接噴射式ディーゼルエンジン - Google Patents

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耕一 舩木
Kenji Yamashita
健次 山下
Tamon Tanaka
多聞 田中
Tomoyoshi Sakano
倫祥 坂野
Masayasu Takami
雅保 高見
Yuzo Umeda
裕三 梅田
Hideya Miyazaki
秀也 宮崎
Shogo Muroya
昇吾 室弥
Masato Ueda
真人 植田
Sakae Inagawa
栄 稲川
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Abstract

【課題】出力性能を高めることができる直接噴射式ディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】ピストン１７の中央部にキャビティ２を設け、シリンダ中心軸線３と平行な向きに見て、キャビティ開口４の中央部に燃料噴射ノズル５を配置し、燃料噴射ノズル５に複数の燃料噴射孔を設け、この複数の燃料噴射孔から燃料を噴射させ、複数の燃料噴霧６がキャビティ２内とキャビティ開口４の縁に沿うピストン頂面１に吹き当たるようにした直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、キャビティ開口４の縁に沿うピストン頂面１の複数の燃料吹き当たり個所に、相互に分離した複数の凹部７を配置した。各凹部７に始端開口８を設け、この始端開口８をキャビティ開口４に臨ませてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接噴射式ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、出力性能を高めることができる直接噴射式ディーゼルエンジンに関するものである。
従来の直接噴射式ディーゼルエンジンとして、本発明と同様、ピストンの中央部にキャビティを設け、シリンダ中心軸線と平行な向きに見て、キャビティ開口の中央部に燃料噴射ノズルを配置し、燃料噴射ノズルの複数の燃料噴射孔を設け、この複数の燃料噴射孔から燃料を噴射させ、複数の燃料噴霧がキャビティ内とキャビティ開口の縁に沿うピストン頂面に吹き当たるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。
しかし、上記従来のエンジンでは、キャビティ開口の縁に沿うピストン頂面に周方向に連続する凹部を形成しているため、問題が生じている。
特開２００３−５６３４９号公報(図１、図２参照)
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》 出力性能が低い。
キャビティ開口の縁に沿うピストン頂面に周方向に連続する凹部を形成しているため、出力性能が低い。その理由は、次のように推定される。すなわち、各噴霧燃料が周方向に連続する凹部内で燃焼するため、各噴霧燃料の燃焼膨張ガスが相互に衝突し、その流れに乱れが生じ、この燃焼膨張ガスの膨張圧力が出力に有効利用されず、出力性能が低くなるものと推定される。
本発明は、上記問題点を解決することができる直接噴射式ディーゼルエンジン、すなわち、出力性能を高めることができる直接噴射式ディーゼルエンジンを提供することを課題とする。
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１〜図４の各(Ａ)(Ｂ)に例示するように、ピストン(１７)の中央部にキャビティ(２)を設け、図１〜図４の各(Ａ)に例示するように、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、キャビティ開口(４)の中央部に燃料噴射ノズル(５)を配置し、燃料噴射ノズル(５)に複数の燃料噴射孔を設け、この複数の燃料噴射孔から燃料を噴射させ、複数の燃料噴霧(６)がキャビティ(２)内とキャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)に吹き当たるようにした直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
図１〜図４の各(Ａ)に例示するように、キャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)の複数の燃料吹き当たり個所に、相互に分離した複数の凹部(７)を配置した、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
（請求項１に係る発明）
《効果》 出力性能を高めることができる。
図１〜図４の各(Ａ)に例示するように、キャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)の複数の燃料吹き当たり個所に、相互に分離した複数の凹部(７)を配置したので、出力性能が高い。その理由は、次のように推定される。すなわち、各燃料噴霧(６)の燃料が各凹部(７)内で燃焼するため、各燃料の燃焼膨張ガス(１４)は相互に衝突することなく、各凹部(７)の内壁面に沿ってシリンダヘッド(１５)側にスムーズに案内され、この燃焼膨張ガス(１４)の膨張圧力が出力に有効利用され、出力性能を高めることができるものと推定される。また、この各燃焼膨張ガス(１４)がピストン頂面(１)とシリンダヘッド(１５)との間の空気に向けてスムーズに案内され、各燃焼膨張ガス(１４)に含まれる未燃焼燃料成分が空気と良好に混合し、空気利用率が高まり、出力性能を高めることができるものと推定される。
（請求項２に係る発明）
請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 各燃料噴霧が始端開口から凹部にスムーズに進入する。
図１〜図３の各(Ｃ)に例示するように、各凹部(７)に始端開口(８)を設け、この始端開口(８)をキャビティ開口(４)に臨ませたので、各燃料噴霧(６)が始端開口(８)から凹部(７)にスムーズに進入し、各凹部(７)での燃焼が促進される。このため、出力性能を高めることができる。
（請求項３に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 燃焼膨張ガスが吸気スワール流に沿いながら空気とスムーズに混合する。
図３(Ｄ)に例示するように、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させたので、凹部(７)で発生した燃焼膨張ガス(１４)が凹部(７)の底面(９)の案内で吸気スワール流(１０)の流れに沿うように方向づけられ、燃焼膨張ガス(１４)が吸気スワール流(１０)に沿いながら空気とスムーズに混合する。このため、燃焼膨張ガス(１４)に含まれる未燃焼燃料成分が空気と良好に混合し、空気利用率が高まり、出力性能を高めることができる。
（請求項４に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 燃焼膨張ガスが吸気スワール流と衝突して空気中に広く分散される。
図３(Ｅ)に例示するように、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向とは反対方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させたので、凹部(７)で発生した燃焼膨張ガス(１４)が凹部(７)の底面(９)の案内で吸気スワール流(１０)と衝突するように方向付けられ、燃焼膨張ガス(１４)が吸気スワール流(１０)と衝突して空気中に広く分散される。このため、燃焼膨張ガス(１４)に含まれる未燃焼燃料成分が空気と良好に混合し、空気利用率が高まり、出力性能を高めることができる。
（請求項５に係る発明）
請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 燃焼膨張ガスがシリンダ周壁寄りの空気と良好に混合される。
図４(Ｃ)に例示するように、凹部(７)の底面(９)を、キャビティ開口(４)側からシリンダ周壁(１１)側に進むにつれてシリンダヘッド(１５)から離れるように傾斜させたので、凹部(７)で発生した多くの燃焼膨張ガス(１４)が凹部(７)の底面(９)の案内で終端部(１２)にスムーズに案内され、燃焼膨張ガス(１４)がシリンダ周壁(１１)寄りの空気と良好に混合される。このため、燃焼膨張ガス(１４)に含まれる未燃焼燃料成分が空気と良好に混合し、空気利用率が高まり、出力性能を高めることができる。
（請求項６に係る発明）
請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 各噴霧燃料が凹部に効率よく進入する。
図２(Ａ)に例示するように、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、凹部(７)を燃料噴射孔の噴射軸線(１３)よりも吸気スワール流(１０)の下流方向に偏倚させたので、各燃料噴霧(６)が吸気スワール流(１０)に吹き流されても、各燃料噴霧(６)が凹部(７)に効率よく進入し、各凹部(７)での燃焼が促進される。このため、出力性能を高めることができる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は本発明の第１〜第４実施形態に係る直接噴射式ディーゼルエンジンを説明する図である。
図１に示す本発明の第１実施形態の概要は、次の通りである。
図１(Ｂ)に示すように、シリンダボア(１６)内にピストン(１７)を摺動自在に内嵌している。ピストン(１７)の中央部にキャビティ(２)を設け、図１(Ａ)に示すように、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、キャビティ開口(４)の中央部に燃料噴射ノズル(５)を配置し、燃料噴射ノズル(５)に複数の燃料噴射孔を設け、この複数の燃料噴射孔から燃料を噴射させ、複数の燃料噴霧(６)がキャビティ(２)内とキャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)に吹き当たるようにしている。上記キャビティ(２)でリエントラント型燃焼室を形成しており、キャビティ(２)の内底中央部には突部(１８)を設けている。この突部(１８)の周囲は円環状の空間となっており、この空間内で吸気スワール流が旋回する。また、ピストン頂面(１)とシリンダヘッド(１５)との間でも吸気スワール流(１０)が旋回する。
ピストンの工夫は、次の通りである。
図２(Ａ)に例示するように、キャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)の複数の燃料吹き当たり個所に、相互に分離した複数の凹部(７)を配置している。この凹部(７)を、キャビティ開口(４)の周方向に６０°毎に配置し、合計６個設けている。この凹部(７)の最大深さは、キャビティ(２)の最大深さの０．１倍、ピストントップランド(１９)の高さの０．２倍となる寸法に設定している。この凹部(７)の最大深さは、キャビティ(２)の最大深さの０．０５倍〜０．３倍となる寸法の範囲内に設定するのが望ましく、ピストントップランド(１９)の高さの０．１倍〜０．６倍となる寸法の範囲内に設定するのが望ましい。
各凹部の構成は、次の通りである。
図１(Ｃ)に示すように、各凹部(７)に始端開口(８)を設け、この始端開口(８)をキャビティ開口(４)に臨ませている。図１(Ｃ)(Ｄ)に示すように、底面(９)は、シリンダ中心軸線(３)と直交する向きの水平な平坦面となっている。図１(Ａ)に示すように、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、凹部(７)はシリンダ周壁(１１)に向けて先窄まりの形状とし、その幅方向中央部が燃料噴射孔の噴射軸線(１３)上にくるように配置している。
図２に示す第２実施形態は、第１実施形態とは、次の点が異なる。
図２(Ａ)に示すように、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、凹部(７)の幅方向中央部を燃料噴射孔の噴射軸線(１３)よりも吸気スワール流(１０)の下流側に偏倚させている。他の構成は、第１実施形態と同じであり、図２中、図１に示す第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付しておく。
図３に示す第３実施形態は、第１実施形態とは、次の点が異なる。
すなわち、図３(Ｄ)に示すように、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させている。図３(Ｅ)は変更例で、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向とは反対方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させている。他の構成は、第１実施形態と同じであり、図３中、図１に示す第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付しておく。
図４に示す第４実施形態は、第１実施形態とは、次の点が異なる。
すなわち、図４(Ｃ)に示すように、始端開口(８)はキャビティ開口(４)に臨ませていない。凹部(７)の底面(９)を、キャビティ開口(４)側からシリンダ周壁(１１)側に進むにつれてシリンダヘッド(１５)から離れるように傾斜させている。他の構成は、第１実施形態と同じであり、図４中、図１に示す第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付しておく。
本発明の実施形態の内容は、上記の通りであるが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。例えば、第１〜第３実施形態で、現在の始端開口(８)の位置に堰を設け、堰の背後に新たに形成される始端開口(８)を、第４実施形態と同様、キャビティ開口(４)に臨ませないようにしてもよい。また、第４実施形態で凹部(７)をシリンダヘッド(１５)から遠さがる方向に後退させ、新たに形成される始端開口(８)を、第１〜第３実施形態と同様、キャビティ開口(４)に臨ませてもよい。また、第２実施形態と４実施形態で、第３実施形態と同様、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させ、或いは、凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向とは反対方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させてもよい。
また、第１〜第３実施形態で、第４実施形態と同様、凹部(７)の底面(９)を、キャビティ開口(４)側からシリンダ周壁(１１)側に進むにつれてシリンダヘッド(１５)から離れるように傾斜させてもよい。また、第３実施形態と第４実施形態で、第２実施形態と同様、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、凹部(７)はその幅方向中央部が燃料噴射孔の噴射軸線(１３)よりも吸気スワール流(１０)の下流側に偏倚するように配置してもよい。
本発明の第１実施形態に係るエンジンを説明する図で、図１(Ａ)は燃焼室の横断平面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図１(Ｃ)は図１(Ｂ)のＣ矢視部分の拡大図、図１(Ｄ)は図１(Ｃ)のＤ−Ｄ線断面拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンを説明する図で、図２(Ａ)は燃焼室の横断平面図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図２(Ｃ)は図２(Ｂ)のＣ矢視部分の拡大図、図２(Ｄ)は図２(Ｃ)のＤ−Ｄ線断面拡大図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンを説明する図で、図３(Ａ)は燃焼室の横断平面図、図３(Ｂ)は図３(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図３(Ｃ)は図３(Ｂ)のＣ矢視部分の拡大図、図３(Ｄ)は図３(Ｃ)のＤ−Ｄ線断面拡大図、図３(Ｅ)は変更例の図３(Ｄ)相当図である。 本発明の第４実施形態に係るエンジンを説明する図で、図４(Ａ)は燃焼室の横断平面図、図４(Ｂ)は図４(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図４(Ｃ)は図４(Ｂ)のＣ矢視部分の拡大図、図４(Ｄ)は図４(Ｃ)のＤ−Ｄ線断面拡大図である。
符号の説明
(１) ピストン頂面
(２) キャビティ
(３) シリンダ中心軸線
(４) キャビティ開口
(５) 燃料噴射ノズル
(６) 燃料噴霧
(７) 凹部
(８) 始端開口
(９) 底面
(１０) 吸気スワール
(１１) シリンダ周壁
(１２) 終端部
(１３) 噴射軸線
(１４) 燃焼膨張ガス
(１５) シリンダヘッド
(１７) ピストン

Claims (6)

  1. ピストン(１７)の中央部にキャビティ(２)を設け、シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、キャビティ開口(４)の中央部に燃料噴射ノズル(５)を配置し、燃料噴射ノズル(５)に複数の燃料噴射孔を設け、この複数の燃料噴射孔から燃料を噴射させ、複数の燃料噴霧(６)がキャビティ(２)内とキャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)に吹き当たるようにした直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    キャビティ開口(４)の縁に沿うピストン頂面(１)の複数の燃料吹き当たり個所に、相互に分離した複数の凹部(７)を配置した、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  2. 請求項１に記載した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    各凹部(７)に始端開口(８)を設け、この始端開口(８)をキャビティ開口(４)に臨ませた、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  3. 請求項１または請求項２に記載した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させた、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  4. 請求項１または請求項２に記載した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    凹部(７)の底面(９)を吸気スワール流(１０)の旋回方向とは反対方向に進むにつれてシリンダヘッド(１５)側に近づくように傾斜させた、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    凹部(７)の底面(９)を、キャビティ開口(４)側からシリンダ周壁(１１)側に進むにつれてシリンダヘッド(１５)から離れるように傾斜させた、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、
    シリンダ中心軸線(３)と平行な向きに見て、凹部(７)を燃料噴射孔の噴射軸線(１３)よりも吸気スワール流(１０)の下流側に偏倚させた、ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
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