JP2016186255A

JP2016186255A - 直噴式エンジンの燃焼室構造

Info

Publication number: JP2016186255A
Application number: JP2015066780A
Authority: JP
Inventors: 景太荒戸; Keita Arato
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP6554859B2

Abstract

【課題】良好な燃焼状態を維持しつつ、熱損失を低減することができる直噴式エンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】ピストン２の上面３に凹設された中心部に略円錐台状の凸部７を有するキャビティ４からなる浅皿型燃焼室５と、その浅皿型燃焼室５の上方に同軸で配置されたインジェクタ６とからなる直噴式エンジンの燃焼室構造１において、キャビティ４の開口径Ｄに対する深さＨの比を２０〜２５％の範囲にするとともに、そのキャビティ４の開口面積Ｓに対する凸部７の上面積Ａの比を９〜１６％の範囲にして、かつピストン２が上死点近傍にあるときに、インジェクタ６の燃料噴射口８の延長先９が凸部７の周縁部７ａに位置するように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は直噴式エンジンの燃焼室構造に関し、更に詳しくは、良好な燃焼状態を維持しつつ、熱損失を低減することができる直噴式エンジンの燃焼室構造に関する。

車両の動力源として用いられているディーゼルエンジンにおいては、地球温暖化や化石燃料の枯渇などの喫緊の課題に対応するため、より一層の燃費改善が求められている。燃費改善のために、ディーゼルエンジンの熱効率を向上するには、熱損失を低減させることが必須である。

この熱損失を低減する手法には様々なものがあるが（例えば、特許文献１を参照）、その１つとして、浅皿型燃焼室と広角の噴射角度を有するインジェクタとを組み合わせることで、燃焼室の壁面と火炎の高温ガスとの接触を抑制することが考えられる。

しかしながら、通常の浅皿型燃焼室において理論熱効率の向上を図るために圧縮比を高めると、高負荷運転条件下で空気利用率が顕著に低下して、従来のリエントラント型の燃焼室の場合よりも燃焼状態が悪化してしまうとともに、熱損失の低減効果も得られなくなるため、結果として熱効率が低下してしまうという問題があった。

上記の問題について、本発明者が鋭意研究を進めたところ、通常の浅皿型燃焼室の構造では、燃焼室中心部の空気を効果的に利用できないため、燃焼室の外周部に燃料噴霧が滞留してしまうことが原因であることを見出した結果、本発明を完成させるに至ったものである。

特開２０１４−１５８４５号公報

本発明の目的は、良好な燃焼状態を維持しつつ、熱損失を低減することができる直噴式エンジンの燃焼室構造を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の直噴式エンジンの燃焼室構造は、ピストンの上面に凹設された中心部に略円錐台状の凸部を有するキャビティからなる浅皿型燃焼室と、前記浅皿型燃焼室の上方に同軸で配置されたインジェクタとからなる直噴式エンジンの燃焼室構造において、前記キャビティの開口径に対する深さの比を２０〜２５％の範囲にするとともに、該キャビティの開口面積に対する前記凸部の上面積の比を９〜１６％の範囲にして、前記ピストンが上死点近傍にあるときに、前記インジェクタの噴射先が該凸部の周縁部となるように構成したことを特徴とするものである。

本発明の直噴式エンジンの燃焼室構造によれば、燃焼時において燃焼室中心部の空気の利用が促進されるとともに、燃料噴霧の壁面側での燃焼が抑制されてガスが高温にならないため、良好な燃焼状態を維持しつつ、熱損失を低減することができる。

本発明の実施形態からなる直噴式エンジンの燃焼室構造の半断面図である。本発明の実施形態からなる直噴式エンジンの燃焼室構造と、従来の浅皿型燃焼室の構造とを比較評価したシミュレーション結果を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる直噴式エンジンの燃焼室構造を示す。

この直噴式エンジンの燃焼室構造１（以下、単に「燃焼室構造」と言う。）は、シリンダボア（図示せず）内を往復動するピストン２の上面３の中央部に凹設されたキャビティ４からなる浅皿型燃焼室５と、その浅皿型燃焼室５と同軸の上方に配置されたインジェクタ６とから構成されている。

キャビティ４の中心部には、略円錐台状の凸部７が設けられている。また、インジェクタ６の先端部には、燃料を噴射する燃料噴射口８が形成されている。

このような燃焼室構造１において、キャビティ４の開口径Ｄに対する深さＨの比（Ｈ／Ｄ）は２０〜２５％の範囲になっているとともに、キャビティ４の開口面積Ｓに対する凸部７の上面積Ａの比（Ａ／Ｓ）は９〜１６％の範囲になっている。

また、インジェクタ６の燃料噴射口８は、ピストン２が上死点近傍にあるときには、その噴射先（燃料噴射口８の延長先９）が凸部７の周縁部７ａになるように設定されている。なお、ここでいう上死点近傍とは、クランク角が−１０〜１０°ＡＴＤＣとなる範囲を指す。

このように燃焼室構造１を構成することで、燃料の噴射初期に燃料噴霧が燃焼室中心部の壁面に衝突するので、燃焼室中心部の空気の利用が促進されて、従来の浅皿型燃焼室の構造に比べて燃焼状態を改善することができる。

また、燃料噴霧の主要部分が、キャビティ４の表面に沿って発達するので、燃料噴霧の壁面側での燃焼が抑制されてガスが高温にならないため、熱損失を低減することができる。

更には、燃焼の後半においても、燃料噴霧によって引き起こされる横方向から見て反時計回りのガスの流動により、燃焼室中心部の空気と燃料噴霧との混合が促進されるので、燃焼の全期間で良好な燃焼状態を維持することができる。

このように、本発明の燃焼室構造１によれば、良好な燃焼状態を維持しつつ、熱損失を低減することができるのである。

図２は、Ｈ／Ｄが２２％かつＡ／Ｓが１１％である本発明の燃焼室構造（実施例）と、Ｈ／Ｄが１９％かつＡ／Ｓが０％である従来の浅皿型燃焼室の構造（比較例）とを対象にして、数値流体力学に基づくシミュレーションによる比較評価を行った結果を示す。なお、この比較評価においては、インジェクタ６からの燃焼噴射開始時期を−５°ＡＴＤＣとしている。

図２の評価結果より、実施例では、予混合燃焼が緩慢となり拡散燃焼が活発化していることが分かる。これは、噴射初期から燃料噴霧を壁面に衝突させたこと、及び燃焼後半において横方向から見て反時計回りの流れが形成されて燃焼室中心部の空気と燃料噴霧との混合が促進されたことが原因であると考えられる。

また、燃焼が緩慢になることから、燃料騒音を低減する効果も期待できる。

更に、実施例では比較例に比べて熱損失が低下していることが分かる。これは、予混合燃焼の減少に伴う筒内のガス温度の低下、及び壁面衝突時の壁面近傍でのガス温度の低下が原因であると考えられる。

１燃焼室構造
２ピストン
３上面
４キャビティ
５浅皿型燃焼室
６インジェクタ
７凸部
７ａ周縁部
８燃料噴射口
９延長先

Claims

ピストンの上面に凹設された中心部に略円錐台状の凸部を有するキャビティからなる浅皿型燃焼室と、前記浅皿型燃焼室の上方に同軸で配置されたインジェクタとからなる直噴式エンジンの燃焼室構造において、
前記キャビティの開口径に対する深さの比を２０〜２５％の範囲にするとともに、該キャビティの開口面積に対する前記凸部の上面積の比を９〜１６％の範囲にして、
前記ピストンが上死点近傍にあるときに、前記インジェクタの噴射先が該凸部の周縁部となるように構成したことを特徴とする直噴式エンジンの燃焼室構造。