JP2012117475A

JP2012117475A - エンジンの燃焼室構造

Info

Publication number: JP2012117475A
Application number: JP2010269418A
Authority: JP
Inventors: Isao Kitsukawa; 功橘川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP5652170B2

Abstract

【課題】燃焼室の直径を広げて熱損失の低減を図りつつ、燃料噴射時期が多少ずれても燃料噴霧が接触する燃焼室形状が大きく変わることがなく、安定的な燃焼が可能なエンジンの燃焼室構造を提供する。
【解決手段】ピストン１０の頂部に凹設され、ピストン１０の上方に配置されたインジェクターＩの噴孔から燃料が噴射される燃焼室１１を備え、燃焼室１１の内周壁面１２を、ピストン１０の頂面１５側に至るにつれて拡径され且つインジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する角度θｃがピストン１０の頂面１５側を基準に８０度から９０度の範囲内とされる円錐面にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストンの頂部に凹設された燃焼室にピストンの上方に配置されたインジェクターの噴孔から燃料が噴射されるエンジンの燃焼室構造に関する。

筒内直接噴射式のディーゼルエンジンの燃焼室の一例（模式図）を図３に示す。

燃料はインジェクターＩの先端からピストン３０の頂部に凹設された燃焼室（キャビティ）３１の内周壁面３２に向かって噴射される。噴射された燃料は霧状となり、燃焼室３１内外に分散しながら燃焼をする。つまり、ピストン３０は燃料の燃焼中も降下する為、燃料噴霧Ｆは燃焼室３１外にも流出する。

燃焼室形状、及び燃料噴霧Ｆの形成が適切でないと、燃料が筒（シリンダボア）内の一部に淀み、不完全燃焼による排ガスの悪化及び燃費の低下を招く。

この為、従来より燃焼室に関しては形状の工夫がなされてきたが、近年のインジェクタ噴射圧の増加、排ガス及び燃費規制の強化に伴う環境変化により、新しいコンセプトの燃焼室が望まれている。

特開２００８−１５１０８９号公報特開２００７−２１１６４４号公報

現在主に用いられているエンジンの燃焼室の一例（模式図）を図４に示す。

図４に示す燃焼室（キャビティ）４１は、燃料の分散を高める狙いで作られた一般的な燃焼室である。

燃焼室４１の内周壁面４２への燃料噴霧Ｆの衝突位置の調整、ピストン４０の頂面（上面）４５側の切り欠き（面取り）４６の形成、燃焼室４１内の窪み４３ｂの位置のバランス等により、燃料噴霧Ｆを燃焼室４１内外に適切に分配することが行われている。

一方、燃料噴霧Ｆは着火後、炎となって燃焼室４１の内周壁面４２を炙る為、燃焼する燃料のエネルギーの一部は燃焼室４１の内周壁面４２からピストン４０内の冷却用油路４４等へ伝達し、エネルギ損失（熱損失）を生じ、燃費の悪化へと繋がる。

特に近年の高圧化された燃料噴射システムでは燃料噴霧Ｆの貫徹力が強まっている為、この傾向は顕著であり、熱損失低減及び燃焼室４１内の空気の有効利用の為、燃焼室４１の直径を広げる手法が多く採られている。

燃焼室４１の直径を広げる際に、ピストン４０内の冷却用油路４４が制約となる為、図４に示すように、ピストン４０の頂面４５側の切り欠き４６を大きくする手法も提案されている。

しかし、ピストン４０の頂面４５側に大きな切り欠き４６を設ける手法はピストン４０の位置により、燃焼室４１内外の燃料分配が大きく変化する為、燃料噴射時期及び燃料噴射量の変化による排ガス及び燃費の変化が大きくなる。

その結果、図４に示す燃焼室４１は、運転領域変化及び製品ばらつき等に対するロバスト性（robustness；耐外乱性）が低いものとなる。

そこで、本発明の目的は、燃焼室の直径を広げて熱損失の低減を図りつつ、燃料噴射時期が多少ずれても燃料噴霧が接触する燃焼室形状が大きく変わることがなく、安定的な燃焼が可能なエンジンの燃焼室構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、ピストンの頂部に凹設され、該ピストンの上方に配置されたインジェクターの噴孔から燃料が噴射される燃焼室を備え、該燃焼室の内周壁面を、前記ピストンの頂面側に至るにつれて拡径され且つ前記噴孔の中心軸線に対する角度が前記ピストンの頂面側を基準に８０度から９０度の範囲内とされる円錐面にしたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造である。

前記燃焼室の内周壁面と前記ピストンの頂面との接続部分に、前記燃焼室の全周に亘って環状に形成される切り欠きを設けても良い。

本発明によれば、燃焼室の直径を広げて熱損失の低減を図りつつ、燃料噴射時期が多少ずれても燃料噴霧が接触する燃焼室形状が大きく変わることがなく、安定的な燃焼が可能なエンジンの燃焼室構造を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る燃焼室の模式図である。従来例に係る燃焼室の模式図である。従来例に係る燃焼室の模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るエンジンの燃焼室構造Ａは、筒内直接噴射式のディーゼルエンジンＥのピストン１０の頂部に凹設された燃焼室（キャビティ）１１を備えている。燃焼室１１には、ピストン１０の上方に配置されたインジェクターＩの噴孔から燃料が噴射される。筒（シリンダボア）Ｂの中心軸線Ｃｂに対するインジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉの角度θｉは、ピストン１０の圧縮上死点付近でインジェクターＩの噴孔から燃料を噴射したときに噴射された燃料（燃料噴霧Ｆ）が燃焼室１１の内周壁面１２の高さ方向中間部に接触するように設定されている。また、ピストン１０には、ピストンリングＲを冷却する為の冷却油が流通する冷却用油路１４が設けられている。

図示例では、筒Ｂの中心軸線Ｃｂに対するインジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉの角度θｉを７５度としている。

本実施形態に係る燃焼室構造Ａでは、燃焼室１１の底面１３に、中央突起１３ａと、中央突起１３ａ外周側の窪み１３ｂとが設けられている。即ち、窪み１３ｂに沿って燃料が流れることで燃焼室１１内にスワール（swirl）を発生させて、燃焼室１１内での燃料と空気との混合を促進することができる。

また、本実施形態に係る燃焼室構造Ａでは、燃焼室１１の内周壁面１２を、インジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する角度（即ち、燃料噴霧Ｆに対する角度）θｃがピストン１０の頂面１５側を基準に８０度から９０度の比較的単純な円錐面（環状の傾斜面）にしている。即ち、燃焼室１１の内周壁面１２を、底面１３側からピストン１０の頂面１５側（即ち、下方から上方）に至るにつれて拡径され且つインジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する角度θｃがピストン１０の頂面１５側を基準に８０度から９０度の範囲内とされる円錐面にしている。

図示例では、インジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する内周壁面１２の角度θｃを９０度とし、燃焼室１１の内周壁面１２の最大直径（即ち、内周壁面１２上端の直径）Ｄｍａｘをピストン１０の直径Ｄｐの０．７０倍とし、燃焼室１１の内周壁面１２の最小直径（即ち、内周壁面１２下端の直径）Ｄｍｉｎをピストン１０の直径Ｄｐの０．６５倍としている。

さらに、本実施形態に係る燃焼室構造Ａでは、燃焼室１１の内周壁面１２とピストン１０の頂面１５との接続部分に、燃焼室１１内外への燃料の分配を調整する為に切り欠き（面取り）１６が設けられている。本実施形態の切り欠き１６は、燃焼室１１の全周に亘って環状に形成されている。

図示例では、切り欠き１６の幅方向長さＬをピストン１０の直径Ｄｐの０．０３倍の長さとしている。

本実施形態の作用を説明する。

図２に示されるように、ピストン１０が圧縮上死点付近に達したときに、燃料がインジェクターＩの噴孔から燃焼室１１の内周壁面１２に向かって噴射される。噴射された燃料は霧状となり、燃焼室１１の内周壁面１２に接触した燃料噴霧Ｆは、下方に流れて燃焼室１１内でスワールを形成する噴霧Ｆｌと、上方に流れて燃焼室１１外へ流出する噴霧Ｆｕとに分配される。

本実施形態に係る燃焼室構造Ａによれば、燃焼室１１の内周壁面１２を、インジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する角度θｃが８０度から９０度の比較的単純な円錐面にすることで、以下の（１）から（３）の機能を達成できる。

（１）燃焼室１１内外への燃料分配を維持することができる。この際も、ピストン１０の頂面１５側の切り欠き１６は、燃焼室１１内外への燃料分配を調整することに対し有効である。

ここで、インジェクターＩの噴孔の中心軸線Ｃｉに対する燃焼室１１の内周壁面１２の角度θｃが８０度よりも小さくなると燃焼室１１内側の燃料（噴霧Ｆｌ）が過多となり、９０度よりも大きくなると燃焼室１１外側の燃料（噴霧Ｆｕ）が過多となると思われる為、本実施形態では当該角度θｃを８０度から９０度の範囲内としている。

（２）冷却用油路１４をピストン１０内に確保しつつ、直径の大きな燃焼室１１を形成することができ、熱損失を低減することができる。また、直径の大きな燃焼室１１は、燃焼室１１内の空気を有効に燃焼に利用可能でもある。

即ち、燃焼室１１の内周壁面１２を下方から上方に至るにつれて拡径される円錐面にしたので、インジェクターＩの噴孔から燃焼室１１の内周壁面１２までの距離を十分に確保できると共に、燃焼室１１の内周壁面１２（下端部）から冷却用油路１４までの間隔を十分に確保できるので、燃焼する燃料のエネルギーの一部が冷却用油路１４に伝達することを効果的に抑制でき、熱損失を低減することが可能になる。

（３）ピストン１０の位置が多少上下しても、燃料噴霧Ｆと接触する燃焼室形状が大きく変わらない為、運転領域変化及び製品ばらつき等に対するロバスト性を高くすることができる。

以上要するに、本実施形態に係る燃焼室構造Ａを用いることにより、燃料と空気とを混合する性能を確保した上、熱損失低減を防げる為、排ガス及び燃費を両立したエンジンＥを達成することに貢献可能である。また、運転領域変化及び製品ばらつき等に対するロバスト性も確保できる。

１０ピストン
１１燃焼室
１２燃焼室の内周壁面
１５ピストンの頂面
１６切り欠き
Ａ燃焼室構造
Ｉインジェクター

Claims

ピストンの頂部に凹設され、該ピストンの上方に配置されたインジェクターの噴孔から燃料が噴射される燃焼室を備え、該燃焼室の内周壁面を、前記ピストンの頂面側に至るにつれて拡径され且つ前記噴孔の中心軸線に対する角度が前記ピストンの頂面側を基準に８０度から９０度の範囲内とされる円錐面にしたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
前記燃焼室の内周壁面と前記ピストンの頂面との接続部分に、前記燃焼室の全周に亘って環状に形成される切り欠きを設けた請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。