JP2018150906A - ディーゼルエンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比を高め且つ燃焼状態を向上させることができるディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンの燃焼室構造５０は、ディーゼルエンジン１の燃焼室５１の底面５２から側面５３に至るように設けられたリブ６０を複数個有し、互いに隣接するリブの間の領域には非リブ領域７０が形成され、非リブ領域に向けて燃料Ｆを噴射する噴孔４１を有する燃料噴射弁４０を備え、噴孔は、長軸４２と短軸４３とを有し且つ長軸が燃焼室の軸方向に向いた形状を有し、燃焼室の圧縮比は、燃焼室の容積に対する複数個のリブの容積の割合が予め設定された基準値となっている仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に設定されており、燃焼室における複数個のリブの容積の割合は基準値よりも大きく設定されており、且つ、燃焼室の非リブ領域の内径は仮想燃焼室の非リブ領域の内径よりも大きく設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼室構造に関し、詳しくはリブを有する燃焼室構造に関する。

一般に、ディーゼルエンジンの燃焼室は、ピストンの上面に形成された凹部と、ピストンが上死点位置にあるときのシリンダヘッドの下面とによって区画されている（例えば特許文献１参照）。そして、燃焼室は、ピストンの凹部に形成された底面と、底面の外周縁から燃焼室の軸方向で上方側へ延在する側面と、シリンダヘッドの下面によって構成された天井面とを備えている。燃料噴射弁は、シリンダヘッドに配置されており、燃焼室の天井面から燃料を噴射している。

特開平４−２２８８２１号公報

ところで、近年、ディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができるとともに燃焼状態を向上させることのできる技術の開発が望まれている。しかしながら、従来、このような技術が十分に開発されているとはいえなかった。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮比を高めることができるとともに燃焼状態を向上させることができるディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造は、ディーゼルエンジンの燃焼室の底面から側面に至るように設けられたリブを複数個有し、互いに隣接する前記リブの間の領域には、前記リブが形成されていない非リブ領域が形成され、前記非リブ領域に向けて燃料を噴射する噴孔を有する燃料噴射弁を備え、前記噴孔は、長軸と短軸とを有し、且つ前記長軸が前記燃焼室の軸方向に向いた形状を有し、前記燃焼室の圧縮比は、前記燃焼室の容積に対する複数個の前記リブの容積の割合が予め設定された基準値となっている仮想燃焼室の圧縮比と同じ値に設定されており、前記燃焼室における複数個の前記リブの容積の前記割合は前記基準値よりも大きく設定されており、且つ、前記燃焼室の前記非リブ領域の内径は前記仮想燃焼室の非リブ領域の内径よりも大きく設定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、燃焼室構造が複数個のリブを有するので、リブを有さない燃焼室構造の場合に比較して、燃焼室の容積を低減させることができる。これにより、ディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができる。また、燃料噴射弁の噴孔が非リブ領域に向けて燃料を噴射し、且つ、長軸が燃焼室の軸方向に向いた形状を有しているので、本発明のようにリブの容積が基準値よりも大きく設定されている場合であっても、噴射された燃料がリブに直接衝突することを抑制できるとともに、噴孔が真円形状の場合に比較して、噴射された燃料とリブとの距離を大きく確保することができる。これにより、噴射された燃料とリブとの間の領域に空気を十分に導入することができるので、燃焼状態を向上させること
ができる。

さらに、本発明によれば、燃焼室の圧縮比が仮想燃焼室の圧縮比と同じ値に設定されており、燃焼室の容積に対する複数個のリブの容積の割合が基準値よりも大きく設定されており、且つ、燃焼室の非リブ領域の内径が仮想燃焼室の非リブ領域の内径よりも大きく設定されているので、圧縮比を仮想燃焼室の圧縮比と同じ値に維持しつつ、燃料噴射弁の噴孔と非リブ領域との距離を大きくすることができる。これにより、圧縮比を仮想燃焼室の圧縮比と同じ値に維持しつつ、燃焼室の空気を有効に利用して燃料を燃焼させることができ、燃焼状態を向上させることができる。

実施形態に係る燃焼室構造を有するディーゼルエンジンの模式的断面図である。 図２（ａ）はピストンの上面を上方側から視認した様子の模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面の模式図である。 燃料噴射弁の１つの噴孔を拡大して示す正面図である。 図４（ａ）は図２（ａ）の燃焼室に燃料噴射弁から燃料が噴射された様子を模式的に示す模式図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）の燃焼室に燃料噴射弁から燃料が噴射された様子を模式的に示す模式図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は比較例に係る仮想燃焼室の構造を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造５０（以下、燃焼室構造５０と略称する）について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼室構造５０を有するディーゼルエンジン１の模式的断面図である。なお、図１には右手系のＸ−Ｙ−Ｚの直交座標が参考用として図示されている。図１のディーゼルエンジン１は車両に搭載されており、シリンダブロック１０、シリンダヘッド２０、ピストン３０、及び燃料噴射弁４０を備えている。シリンダヘッド２０はシリンダブロック１０の上方（Ｚ方向）側に配置されている。ピストン３０はシリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１に、上下方向に摺動可能に配置されている。なお、シリンダブロック１０は、その上面にガスケット（図示せず）を備えている。

なお、本実施形態において、「上方（Ｚ方向）」とはピストン３０の摺動方向でピストン３０がシリンダヘッド２０に近づく方向（又はクランクシャフトから遠ざかる方向）をいい、「下方（−Ｚ方向）」とはピストン３０の摺動方向でピストン３０がシリンダヘッド２０から遠ざかる方向（又はクランクシャフトに近づく方向）をいう。また本実施形態に係るディーゼルエンジン１は、一例として、車両のエンジンルームに縦置き状態で配置されているので、本実施形態に係る「下方」は重力の方向に相当している。

ディーゼルエンジン１の燃焼室５１は、ピストン３０の上面（頂面）に形成された凹部３１と、ピストン３０が上死点位置にあるときのシリンダヘッド２０の下面とによって区画されている。なお、図１に図示されている軸線１００は、燃焼室５１の中心軸を示している。この燃焼室５１は、ピストン３０の凹部３１に形成された底面５２と、底面５２の外周縁から燃焼室５１の軸方向（軸線１００に沿った方向）で上方側へ延在する側面５３と、シリンダヘッド２０の下面によって構成された天井面５４とを備えている。燃料噴射弁４０は、シリンダヘッド２０に配置されており、燃焼室５１の天井面５４の中央部から燃料を噴射している。本実施形態に係る燃焼室構造５０は、この燃焼室５１及び燃料噴射弁４０を備える構成になっている。

なお、本実施形態に係る燃焼室５１の底面５２は、一例として、中央側に向かうに従って徐々に上方側に突出する形状になっている。但し、底面５２の形状はこれに限定されるものではない。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、燃焼室構造５０の詳細を説明するための模式図である。具体的には、図２（ａ）はピストン３０の上面を上方側から視認した様子を模式的に示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面を模式的に示している。燃焼室構造５０は、燃焼室５１の底面５２から側面５３に至るように設けられたリブ６０を複数個有している。なお、図２では、リブ６０の形状を視認し易くするため、リブ６０にチェック模様が施されている。また、互いに隣接するリブ６０の間の領域には、リブ６０の形成されていない非リブ領域７０が形成されている。

リブ６０の個数は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として６個である。また、本実施形態に係る各々のリブ６０は、一例として、燃焼室５１の中央から外周方向に放射状に、隣接するリブ６０との角度の間隔が等しくなるような態様で（すなわち円周方向に等角度間隔で）、配置されている。また、本実施形態に係る複数個のリブ６０は、燃焼室５１の底面５２の中央部において接続している。但し、リブ６０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、複数個のリブ６０は、底面５２の中央部において接続していなくてもよい。

また、各々のリブ６０は、底面リブ片６１と、側面リブ片６２とを有している。底面リブ片６１は、燃焼室５１の底面５２の中央から底面５２の外周縁（底面外周縁）に至るように設けられた部分である。側面リブ片６２は、底面リブ片６１における底面外周縁の部分から上方に延在するように設けられた部分である。なお、底面リブ片６１は、燃焼室５１の底面５２から上方側に突出するように設けられており、側面リブ片６２は燃焼室５１の側面５３から径方向で内側に突出するように設けられている。

なお、本実施形態においては、一例として、底面リブ片６１の幅及び側面リブ片６２の幅は同じ値に設定されている。また、各々のリブ６０の高さ及び幅は、互いに同じ値に設定されている（すなわち、各々のリブ６０の容積は同じ値に設定されている）。但し、リブ６０の形状の具体例はこれに限定されるものではない。

また、燃焼室５１の容積に対する複数個のリブ６０の容積の割合は、予め設定された基準値よりも大きく設定されている。この基準値の具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、５％を用いている。すなわち、本実施形態において、「（複数個のリブ６０の容積の合計値）／（燃焼室５１の容積）×１００」は５％よりも大きい値に設定されている。なお、複数個のリブ６０の容積は、例えば、各々のリブ６０の高さや幅を所定値よりも大きく設定することで、この基準値よりも大きくすることができる。

なお、底面リブ片６１の高さ（上方への突出距離）及び幅や、側面リブ片６２の高さ（燃焼室５１の径方向への突出距離）及び幅の具体的な値は特に限定されるものではなく、複数個のリブ６０の容積の割合が上述した基準値よりも大きくなる範囲で、適切な値を設定すればよい。

続いて燃料噴射弁４０の構成について説明する。図３は燃料噴射弁４０の１つの噴孔４１を拡大して示す正面図である。図４（ａ）は図２（ａ）の燃焼室５１に燃料噴射弁４０から燃料（Ｆ）が噴射された様子の模式図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）の燃焼室５１に燃料噴射弁４０から燃料（Ｆ）が噴射された様子の模式図である。なお、燃料（Ｆ）の様子を視認し易くするために、燃焼室５１の構成は想像線で図示されている。

燃料噴射弁４０は噴孔４１を複数個有している。具体的には、本実施形態に係る燃料噴射弁４０は、一例として、６個の噴孔４１を有している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、各々の噴孔４１は、非リブ領域７０に向けて燃料（Ｆ）を噴霧状に噴射するように設定されている。

別の観点で、これを説明すると、本実施形態に係る燃料噴射弁４０は、上面視で複数の方向（本実施形態では６方向）に向けて燃料を噴霧状に噴射しており、噴射された各々の噴霧状の燃料（すなわち燃料噴霧）の間の部分にリブ６０が設けられている。

また、図３に示すように、各々の噴孔４１は、長軸４２と短軸４３とを有し、且つ、長軸４２が燃焼室５１の軸方向に向いた形状を有している。この一例として、本実施形態に係る噴孔４１は、長軸４２が燃焼室５１の軸方向を向いた楕円状の長穴形状を有している。

このような噴孔４１から噴射された燃料（Ｆ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、噴孔４１と同様の断面形状の燃料噴霧となって、非リブ領域７０に向けて進行する。具体的には、噴孔４１から噴射された燃料噴霧の燃焼室５１の軸方向における長さ（ｄ２）は、燃料噴霧の燃焼室５１の周方向における長さ（ｄ１）よりも長くなっている。

また、本実施形態に係る非リブ領域７０は、燃料噴射弁４０から噴射された燃料（Ｆ）が非リブ領域７０に直接衝突しない大きさに設定されている。具体的には、非リブ領域７０の底面である非リブ底面７１の深さ、及び、非リブ領域７０の側面である非リブ側面７２の内径は、燃料噴射弁４０から噴射された燃料（Ｆ）が非リブ底面７１及び非リブ側面７２に直接衝突しないような値に設定されている。

続いて、燃焼室５１の圧縮比等について、比較例の燃焼室である仮想燃焼室５１Ａと比較しつつ説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は仮想燃焼室５１Ａの構造を説明するための模式図である。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面を模式的に図示している。

仮想燃焼室５１Ａは、仮想燃焼室５１Ａの容積に対する複数個のリブ６０Ａの容積割合が、前述した基準値（５％）になっている。具体的には仮想燃焼室５１Ａの各々のリブ６０Ａの高さ及び幅は本実施形態に係る燃焼室５１のリブ６０の高さ及び幅よりも小さく設定されており、これにより仮想燃焼室５１Ａの複数個のリブ６０Ａの容積割合は基準値になっている。さらに、仮想燃焼室５１Ａは、非リブ領域７０Ａの内径Ｄｂ（具体的には、非リブ領域７０Ａの非リブ側面７２Ａの内径Ｄｂ）が、本実施形態に係る燃焼室５１の非リブ領域７０の内径Ｄａ（具体的には、非リブ領域７０の非リブ側面７２の内径Ｄａ）よりも小さくなっている。以上の点において仮想燃焼室５１Ａは本実施形態に係る燃焼室５１と異なっている。

図２（ａ）に示す本実施形態に係る燃焼室５１の圧縮比は、仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に設定されている。具体的には本実施形態に係る燃焼室５１の容積は仮想燃焼室５１Ａの容積と同じ値になっており、これにより燃焼室５１の圧縮比は仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値になっている。

一方、本実施形態に係る燃焼室５１の容積に対する複数個のリブ６０の容積の割合は、仮想燃焼室５１Ａにおける複数個のリブ６０Ａの容積の割合（すなわち基準値）よりも大きく設定されている。具体的には、本実施形態に係るリブ６０の高さ及び幅は、仮想燃焼室５１Ａのリブ６０Ａの高さ及び幅よりも大きく設定されており、これにより本実施形態
に係る複数個のリブ６０の容積の割合は仮想燃焼室５１Ａの複数個のリブ６０Ａの容積の割合（基準値）よりも大きく設定されている。さらに、本実施形態に係る燃焼室５１の非リブ領域７０の内径Ｄａ（すなわち口径）は、仮想燃焼室５１Ａの非リブ領域７０Ａの内径Ｄｂよりも大きく設定されている。

すなわち、本実施形態によれば、圧縮比を仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に維持しつつ、複数個のリブ６０の容積割合を基準値（仮想燃焼室５１Ａの複数個のリブ６０Ａの容積割合）よりも大きくし、非リブ領域７０の内径Ｄａを仮想燃焼室５１Ａの非リブ領域７０Ａの内径Ｄｂよりも大きくしている。

続いて、本実施形態に係る燃焼室構造５０の作用効果について説明する。本実施形態によれば、複数個のリブ６０を有するので、リブ６０が形成されていない燃焼室構造、具体的にはリブ６０が形成されておらず且つ燃焼室５１の内径及び高さが本実施形態と同じである燃焼室構造に比較して、燃焼室５１の容積を低減させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１の圧縮比を高めることができる。また、燃料噴射弁４０の噴孔４１が非リブ領域７０に向けて燃料（Ｆ）を噴射し、且つ、長軸４２が燃焼室５１の軸方向に向いた形状を有しているので、噴射された燃料（Ｆ）がリブ６０に直接衝突することを抑制できるとともに、本実施形態のようにリブ６０の容積が基準値よりも大きく設定されている場合であっても、噴孔４１が真円形状の場合に比較して、噴射された燃料（Ｆ）とリブ６０との距離ｄ３（図４（ａ）参照）を大きく確保することができる。これにより、噴射された燃料（Ｆ）とリブ６０との間の領域に空気を十分に導入することができるので、燃焼状態を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、燃焼室５１の圧縮比が仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に設定されており、燃焼室５１の容積に対する複数個のリブ６０の容積の割合が予め設定された基準値（すなわち、仮想燃焼室５１Ａにおける複数個のリブ６０Ａの容積の割合）よりも大きく設定されており、また、燃焼室５１の非リブ領域７０の内径Ｄａが仮想燃焼室５１Ａの非リブ領域７０Ａの内径Ｄｂよりも大きく設定されているので、圧縮比を仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に維持しつつ、燃料噴射弁４０の噴孔４１と非リブ領域７０との距離を仮想燃焼室５１Ａのそれよりも大きくすることができる。これにより、圧縮比を仮想燃焼室５１Ａの圧縮比と同じ値に維持しつつ、燃料（Ｆ）に空気を効果的に取り入れることができるので、燃焼室５１の空気を有効に利用して燃料（Ｆ）を燃焼させることができ、燃焼状態を向上させることができる。

以上のように、本実施形態によれば、リブが形成されていない燃焼室構造の場合に比較して圧縮比を高めつつ、リブが形成されていない燃焼室構造や仮想燃焼室５１Ａの燃焼室構造に比較して燃焼状態を向上させることができる。これにより、燃焼室５１における良好な燃焼を実現して、ディーゼルエンジン１の熱効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、燃料噴射弁４０から噴射された燃料（Ｆ）が非リブ領域７０に直接衝突しないように構成されているので、燃料（Ｆ）が非リブ領域７０に直接衝突することに伴う燃焼状態の悪化も抑制されている。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ ディーゼルエンジン
４０ 燃料噴射弁
４１ 噴孔
４２ 長軸
４３ 短軸
５０ 燃焼室構造
５１ 燃焼室
５１Ａ 仮想燃焼室
５２ 底面
５３ 側面
６０ リブ
７０ 非リブ領域

Claims (2)

1. ディーゼルエンジンの燃焼室の底面から側面に至るように設けられたリブを複数個有し、
   互いに隣接する前記リブの間の領域には、前記リブが形成されていない非リブ領域が形成され、
   前記非リブ領域に向けて燃料を噴射する噴孔を有する燃料噴射弁を備え、
   前記噴孔は、長軸と短軸とを有し、且つ前記長軸が前記燃焼室の軸方向に向いた形状を有し、
   前記燃焼室の圧縮比は、前記燃焼室の容積に対する複数個の前記リブの容積の割合が予め設定された基準値となっている仮想燃焼室の圧縮比と同じ値に設定されており、
   前記燃焼室における複数個の前記リブの容積の前記割合は前記基準値よりも大きく設定されており、且つ、前記燃焼室の前記非リブ領域の内径は前記仮想燃焼室の非リブ領域の内径よりも大きく設定されている、ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼室構造。
2. 前記基準値は５％である請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼室構造。

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