JP2023006979A - Combustion Chamber Structure of Direct Injection Diesel Engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造に関する。 One aspect of the present invention relates to a combustion chamber structure for a direct injection diesel engine.
直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造として、リエントラント型燃焼室形状に対し、スキッシュエリアから燃焼空間に段を設けて燃焼室入口にリップ構造を持つ構造が知られている(例えば特許文献1参照)。 As a combustion chamber structure of a direct-injection diesel engine, there is known a structure in which a step is provided from a squish area to a combustion space and a lip structure is provided at the entrance of the combustion chamber, in contrast to a reentrant combustion chamber shape (see, for example, Patent Document 1).
上述した特許文献1に記載されたような燃焼室構造よりも、更に燃費に有利な燃焼室構造が求められている。
There is a demand for a combustion chamber structure that is more advantageous in terms of fuel consumption than the combustion chamber structure described in
本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、より燃費に有利な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of one aspect of the present invention to provide a combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine that is more advantageous in terms of fuel efficiency.
本発明の一態様に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造は、ピストン頂面に対して下方向きに窪むキャビティを備え、該キャビティ内に気筒天井部の中心から燃料を放射状に噴射して自己着火せしめる直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、キャビティの底面から上方に立ち上がる第1立ち上がり部と、第1立ち上がり部の上端に連続すると共に、キャビティの外周方向に略水平に伸びる第1水平部と、第1水平部に連続すると共に上方に立ち上がる第2立ち上がり部と、第2立ち上がり部の上端に連続すると共に、キャビティの外周方向に略水平に伸びる第2水平部と、第2水平部に連続すると共に上方に立ち上がりピストン頂面に至る第3立ち上がり部と、を備え、燃焼室は、キャビティの底面及び第1立ち上がり部によって区画される第1室と、第1水平部及び第2立ち上がり部によって区画される第2室と、第2水平部及び第3立ち上がり部によって区画される第3室と、を有し、燃焼室全体に占める第3室の容積比は、2%以上且つ40%以下である。 A combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine according to one aspect of the present invention includes a cavity recessed downward with respect to the top surface of a piston, and fuel is radially injected into the cavity from the center of the cylinder ceiling to A combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine for ignition, comprising: a first rising portion rising upward from the bottom surface of the cavity; a second rising portion continuous with the first horizontal portion and rising upward; a second horizontal portion continuous with the upper end of the second rising portion and extending substantially horizontally in the outer peripheral direction of the cavity; and a third rising portion that rises upward and reaches the top surface of the piston, and the combustion chamber includes a first chamber defined by the bottom surface of the cavity and the first rising portion, and a first horizontal portion and a second rising portion. and a third chamber defined by the second horizontal portion and the third rising portion, and the volume ratio of the third chamber to the entire combustion chamber is 2% or more and 40 % or less.
本発明の一態様に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造では、立ち上がり部分(第1立ち上がり部、第2立ち上がり部、第3立ち上がり部)と水平部分(第1水平部、第2水平部、ピストン頂面)とで構成されるいわゆるリップ部が3箇所に形成されている。そのため、燃焼室の構造として、キャビティの底面及び第1立ち上がり部によって区画される第1室、第1水平部及び第2立ち上がり部によって区画される第2室(第1室よりも外周側且つ上方に形成される第2室)、並びに、第2水平部及び第3立ち上がり部によって区画される第3室(第2室よりも外周側且つ上方に形成される第3室)が形成されることとなる。従来の燃焼室構造では、いわゆるリップ部が2つのみであり、本発明の第3室に相当する燃焼室が形成されていない。これに対して、本発明のように、第2室よりも外側且つ上方に第3室が形成された構成においては、外周方向に流れる燃料噴霧を、第3室を介してピストン頂面に至る第3立ち上がり部(最上段燃焼室の縦壁)にまで至らしめることができ、従来は構成されていない第3室を、燃料噴霧と空気とが混合する空間として積極的に利用することができる。すなわち、本発明では、キャビティの外周側において燃料噴霧と空気とが混合する空間(第3室)が形成されているため、燃料と酸素とが接触・反応(燃焼)する機会を増やし、燃焼を促進することができる。そして、本発明では、燃焼室全体に占める第3室の容積比が2%以上且つ40%以下とされることにより、キャビティの外周側における燃焼を促進しながら、第3室が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。以上のように、本発明の一態様によれば、より燃費に有利な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することができる。 In the combustion chamber structure of a direct injection diesel engine according to one aspect of the present invention, the rising portion (first rising portion, second rising portion, third rising portion) and horizontal portions (first horizontal portion, second horizontal portion, piston The so-called lip portions are formed at three locations. Therefore, as the structure of the combustion chamber, the first chamber defined by the bottom surface of the cavity and the first rising portion, the second chamber defined by the first horizontal portion and the second rising portion (the outer peripheral side and above the first chamber) and a third chamber (a third chamber formed on the outer peripheral side and above the second chamber) partitioned by the second horizontal portion and the third rising portion. becomes. In the conventional combustion chamber structure, there are only two so-called lip portions, and a combustion chamber corresponding to the third chamber of the present invention is not formed. On the other hand, in the configuration in which the third chamber is formed outside and above the second chamber as in the present invention, the fuel spray flowing in the outer peripheral direction reaches the top surface of the piston via the third chamber. The third rising portion (the vertical wall of the uppermost combustion chamber) can be reached, and the third chamber, which has not been constructed in the past, can be actively used as a space where fuel spray and air are mixed. . That is, in the present invention, since the space (third chamber) where fuel spray and air are mixed is formed on the outer peripheral side of the cavity, the chances of contact and reaction (combustion) between fuel and oxygen are increased, and combustion is enhanced. can be promoted. In the present invention, the volume ratio of the third chamber to the entire combustion chamber is 2% or more and 40% or less. Slow combustion can also be suppressed. As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine that is more advantageous in terms of fuel efficiency.
第3立ち上がり部の上方に立ち上がる長さは、上下方向に交差する方向におけるキャビティの底面の長さの、3%以上且つ9.5%以下であってもよい。このように、第3室を区画する第3立ち上がり部の長さが設定されることにより、第3室の大きさを十分に確保してキャビティの外周側における燃焼を促進しながら、第3室が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。 The upwardly rising length of the third rising portion may be 3% or more and 9.5% or less of the length of the bottom surface of the cavity in the direction crossing the vertical direction. In this way, by setting the length of the third rising portion that defines the third chamber, the third chamber is sufficiently large in size to promote combustion on the outer peripheral side of the cavity. It is also possible to suppress slow combustion due to excessive increase in .
上下方向に交差する方向における第2水平部の長さは、上下方向に交差する方向におけるキャビティの底面の長さの、10%以上且つ18%以下であってもよい。このように、第3室を区画する第2水平部の長さが設定されることにより、第3室の大きさを十分に確保してキャビティの外周側における燃焼を促進しながら、第3室が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。 The length of the second horizontal portion in the direction intersecting the vertical direction may be 10% or more and 18% or less of the length of the bottom surface of the cavity in the direction intersecting the vertical direction. By setting the length of the second horizontal portion that defines the third chamber in this manner, the third chamber is sufficiently large in size to promote combustion on the outer peripheral side of the cavity while the third chamber is It is also possible to suppress slow combustion due to excessive increase in .
本発明の一態様によれば、より燃費に有利な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine that is more advantageous in terms of fuel efficiency.
以下、実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 A combustion chamber structure of a diesel engine according to an embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図1は、排気ガスを再循環する機構を備えたディーゼルエンジン1の概略図である。ディーゼルエンジン1は、直噴式ディーゼルエンジンであり、例えば、排気側からの排気ガスの一部を抜き出して呼気側へと戻し、その呼気側に戻された排気ガスでエンジン内の燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)を採用したものであってもよい。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
ディーゼルエンジン1では、排気ガス2が流通する排気通路3と呼気通路4との間がEGRパイプ5により接続されており、このEGRパイプ5の途中に設けられたEGRバルブ6を介し排気ガス2の一部を吸入空気7と共に再循環してディーゼルエンジン1の気筒内に送り込み、該気筒内での燃焼温度を下げてNOxの低減化を図るようにしている。
In the
ディーゼルエンジン1の各気筒の天井部である気筒天井部11に、燃料(軽油)を気筒内に噴射する多孔式のインジェクタ8が設けられている。また、ピストン9の頂面には、下方向きに窪むキャビティ10が形成されており、キャビティ10の内周面に対しインジェクタ8の先端部から燃料が放射状に噴射されて圧縮行程終期の高い気筒内温度により自己着火するようになっている。
A cylinder ceiling portion 11, which is the ceiling portion of each cylinder of the
ディーゼルエンジン1におけるインジェクタ8の噴射動作については、エンジン制御コンピュータを成す制御装置12からの燃料噴射指令8aにより制御されるようになっており、圧縮上死点近辺でインジェクタ8に燃料噴射指令8aを出力して燃料を噴射せしめるようになっている。
The injection operation of the
また、制御装置12には、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ13からのアクセル開度信号13aや、ディーゼルエンジン1の機関回転数を検出する回転センサ14からの回転数信号14a等が入力される。このように、各種のエンジン制御を実行すべくディーゼルエンジン1の運転状態が常に監視されている。
The
ディーゼルエンジン1は、図1に示されるように、クランクシャフト15と、排気ポート16と、排気弁17と、呼気ポート18と、呼気弁19と、を備えている。呼気弁19及び排気弁17は、図示しないエンジン駆動のカムシャフトに具備されたカムによりプッシュロッドやロッカーアームを介して各気筒の行程に応じた適切なタイミングで開弁操作されるようになっている。
The
次に、図2~図6を参照して、上述したキャビティ10を含むディーゼルエンジン1の燃焼室構造100について説明する。
Next, a
図2に示されるように、燃焼室構造100は、ピストン9の頂面であるピストン頂面9aに対して下方向きに窪むキャビティ10を備え、該キャビティ10内に気筒天井部11(図1参照)の中心から燃料を放射状に噴射して自己着火せしめる直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造である。
As shown in FIG. 2, the
燃焼室構造100は、第1立ち上がり部102と、第1水平部103と、第2立ち上がり部104と、第2水平部105と、第3立ち上がり部106と、を含んで構成されている。
The
第1立ち上がり部102は、平面視円形のキャビティ10の底面101(底部)を囲うように、底面101の径方向外端から上方に立ち上がる壁状部分である。第1水平部103は、第1立ち上がり部102の上端に連続すると共にキャビティ10の外周方向(径方向外側)に略水平に伸びる部分である。第2立ち上がり部104は、第1水平部103の径方向外端に連続すると共に上方に立ち上がる壁状部分である。第2水平部105は、第2立ち上がり部104の上端に連続すると共にキャビティ10の外周方向(径方向外側)に略水平に伸びる部分である。第3立ち上がり部106は、第2水平部105の径方向外端に連続すると共に上方に立ち上がる壁状部分である。第3立ち上がり部106の上端は、ピストン頂面9aに至っている。第3立ち上がり部106は、ライナーへの火炎衝突を回避するための火炎防止壁として機能する。
The first rising
第1立ち上がり部102と第1水平部103とにより第1リップ部201が形成されている。また、第2立ち上がり部104と第2水平部105とにより第2リップ部202が形成されている。また、第3立ち上がり部106とピストン頂面9aとにより第3リップ部203が形成されている。
A
キャビティ10における火炎防止壁である第3立ち上がり部106の幅寸法D´(上下方向に交差する方向における)は、ボアの長さの95%以下とされてもよい。また、第2水平部105の略水平に伸びる部分の長さL´(上下方向に交差する方向における第2水平部105の長さ)は、キャビティ10の底面101の直径d(上下方向に交差する方向における底面101の長さ)の、10%以上且つ18%以下とされてもよい。また、第3立ち上がり部106の上方に立ち上がる長さh´は、上述したキャビティ10の底面101の直径dの、3%以上且つ9.5%以下とされてもよい。
The width dimension D' (in the direction crossing the vertical direction) of the third raised
図3は、燃焼室構造100を説明する図である。燃焼室構造100に含まれる燃焼室は、図3に示されるように、1段目燃焼室V1(第1室)と、2段目燃焼室V2(第2室)と、3段目燃焼室V3(第3室)と、を含んで構成されている。1段目燃焼室V1は、キャビティ10の底面101及び第1立ち上がり部102によって区画される領域である。2段目燃焼室V2は、第1水平部103及び第2立ち上がり部104によって区画される領域(図3において斜線で示される領域)である。3段目燃焼室V3は、第2水平部105及び第3立ち上がり部106によって区画される領域(図3において塗りつぶしで示される領域)である。燃焼室全体に占める3段目燃焼室V3の容積比は、例えば、2%以上且つ40%以下であり、好ましくは、4%以上且つ35%以下である。また、燃焼室全体に占める、2段目燃焼室V2及び3段目燃焼室V3を足し合わせた領域の容積比は、例えば、50%以上且つ80%以下である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the
このように、本実施形態に係る燃焼室構造100では、3つのリップ部を形成し、従来の燃焼室(2つのリップ部を有する燃焼室)のスキッシュエリアS(図1参照)に更に段(3段目燃焼室V3)を設け、段内のリップ部である第2リップ部202の形状を段深さと同等の寸法だけ下側にオフセットしている。このように段を設けることによって、キャビティ10内の容積が増加することとなるが、当該容積増加分だけ、キャビティ10の底部の位置を上側にオフセットさせることにより、従来の燃焼室と同等の容積となるように調整されている。これにより、スキッシュ流を低減させて冷却損失を低減し、燃費改善が図られる。なお、スキッシュ流が極度に低減した場合には燃焼効率が悪化することが考えられるが、EGRを少なくすることを前提とすれば、低スキッシュ流であっても煙を効果的に抑制することができる。以下では、従来の燃焼室構造のように2つのリップ部のみが形成された構造を2段リップ構造、本実施形態に係る燃焼室構造100のように3つのリップ部が形成された構造を3段リップ構造と記載する場合がある。
As described above, in the
図4は、2段リップ構造と3段リップ構造との構造上の違いを説明する図である。図4においては、キャビティ10のリップ部周辺の構造が図示されており、破線は2段リップ構造の場合の構造を、実線は3段リップ構造の場合の構造を、それぞれ示している。図4に示されるように、3段リップ構造では、第1リップ部201、第2リップ部202、及び第3リップ部203の3つのリップ部が形成されており、2段リップ構造においてピストン頂面9aと同等の高さとされていた領域が、下側にオフセットされて第2水平部105が形成されている。そして、3段リップ構造では、上述した下側へのオフセットによる容積増加分だけ、キャビティ10の底部が上側にオフセットされることにより、2段リップ構造と同等の容積とされている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the structural difference between the two-stage lip structure and the three-stage lip structure. In FIG. 4, the structure around the lip portion of the
図5は、2段リップ構造と3段リップ構造との燃焼状況の違いを説明する図である。図5において、左側には各クランク角(8°、12°、16°)における2段リップ構造の燃焼状況が示されており、右側には各クランク角(8°、12°、16°)における3段リップ構造の燃焼状況が示されている。図5では、燃料の流量が色の濃さで示されている(図5の凡例を参照)。なお、ここでは、2段リップ構造が、第1立ち上がり部102と、第1水平部103と、第2立ち上がり部104とにより構成されているとして説明する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the difference in combustion state between the two-stage lip structure and the three-stage lip structure. In FIG. 5, the left side shows the combustion state of the two-stage lip structure at each crank angle (8°, 12°, 16°), and the right side shows each crank angle (8°, 12°, 16°). , the combustion situation of the three-stage lip structure is shown. In FIG. 5, the fuel flow rate is indicated by color intensity (see legend to FIG. 5). In addition, here, the two-step lip structure is described as being configured by the first raised
図5の左図に示されるように、2段リップ構造の場合、クランク角が8°の時点では、内側のリップ部に衝突した燃料噴霧は、第1水平部103及び第2立ち上がり部104に区画される上段の燃焼室内で上向き流れのみが促進され、縦の旋回流であるスキッシュ流が生じる。この場合、燃料噴霧は旋回流の範囲にしか広散しないこととなる。このため、クランク角が12°の時点では、最上段であるピストン頂面9aにおけるおよそ半分程度の領域にしか、燃料噴霧が広がっていない。このように、2段リップ構造では、キャビティ10の外周側において空間が無く、燃焼が律速であると言える。さらに、クランク角が16°の時点では、ノズル噴口から噴射された燃料(図中において濃く表示されている部分)と、内側のリップ部に衝突して燃焼室内側に広がった燃料(図中において薄く表示されている部分)とが干渉し合うこととなり、燃料噴霧が燃焼室内の空気の利用を阻害して燃焼が悪化することが問題となる。
As shown in the left diagram of FIG. 5 , in the case of the two-stage lip structure, when the crank angle is 8°, the fuel spray that collides with the inner lip portion reaches the first
一方で、図5の右図に示されるように、3段リップ構造の場合、クランク角が8°の時点では、内側のリップ部に衝突した燃料噴霧は、第1水平部103及び第2立ち上がり部104に区画される上段の燃焼室内で、上向き流れの促進と共に、外向き流れも維持される。これは、3段リップ構造では、キャビティ10の外周側において十分な空間が確保されているためである。これにより、クランク角が12°の時点では、最上段の燃焼室内で、外向き流れの燃料噴霧が径方向外側へ流れて、最上段燃焼室の縦壁に到達するまで広がる。なお、外向き流れの燃料噴霧については2段リップ構造よりも3段リップ構造において強くなるところ、中段の燃焼室の下降による縦渦が弱くなるので、上向きの燃料噴霧により生じる縦の旋回流であるスキッシュ流については、2段リップ構造よりも3段リップ構造において弱くなる。このため、燃料噴霧は、スキッシュ流の範囲に留まらず、燃焼室の内側の領域にも広がる。このような3段リップ構造では、EGRが少なく酸素が十分に存在する条件下において、燃料噴霧が空気中に広がった先で空気と混合する空間が確保されており、燃料と酸素とが接触・反応(燃焼)する機会も十分に確保さえるので、燃焼が活発になり、クランク角が8°~12°における熱発生率(ROHR)が増加する。なお、上述したように、3段リップ構造では、燃料噴霧が外側に広がるため、燃焼室内側に分配される燃料が少なくなる。その結果、クランク角が16°の時点において、ノズル噴口から噴射された燃料(図中において濃く表示されている部分)と、内側のリップ部に衝突して燃焼室内側に広がった燃料(図中において薄く表示されている部分)とが干渉しにくくなっている。
On the other hand, as shown in the right diagram of FIG. 5, in the case of the three-stage lip structure, when the crank angle is 8°, the fuel spray that collides with the inner lip portion rises to the first
図6は、2段リップ構造と3段リップ構造との燃焼状況の違いを説明する図である。図6において、横軸はクランク角を、縦軸は燃焼による熱発生率(ROHR)を示している。図6に示されるように、3段リップ構造では、クランク角が8°~16°の時点において、2段リップ構造と比べて燃焼を活発化させることができている。 FIG. 6 is a diagram for explaining the difference in combustion state between the two-stage lip structure and the three-stage lip structure. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the heat release rate (ROHR) due to combustion. As shown in FIG. 6, the three-stage lip structure enables more active combustion than the two-stage lip structure when the crank angle is 8° to 16°.
次に、本実施形態に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造100の作用効果について説明する。
Next, the effects of the
本実施形態に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造100は、ピストン頂面9aに対して下方向きに窪むキャビティ10を備え、該キャビティ10内に気筒天井部11の中心から燃料を放射状に噴射して自己着火せしめる直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、キャビティ10の底面101から上方に立ち上がる第1立ち上がり部102と、第1立ち上がり部102の上端に連続すると共に、キャビティ10の外周方向に略水平に伸びる第1水平部103と、第1水平部103に連続すると共に上方に立ち上がる第2立ち上がり部104と、第2立ち上がり部104の上端に連続すると共に、キャビティ10の外周方向に略水平に伸びる第2水平部105と、第2水平部105に連続すると共に上方に立ち上がりピストン頂面9aに至る第3立ち上がり部106と、を備え、燃焼室は、キャビティ10の底面101及び第1立ち上がり部102によって区画される1段目燃焼室V1と、第1水平部103及び第2立ち上がり部104によって区画される2段目燃焼室V2と、第2水平部105及び第3立ち上がり部106によって区画される3段目燃焼室V3と、を有し、燃焼室全体に占める3段目燃焼室V3の容積比は、2%以上且つ40%以下である。
A
本実施形態に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造100では、立ち上がり部分(第1立ち上がり部102、第2立ち上がり部104、第3立ち上がり部106)と水平部分(第1水平部103、第2水平部105、ピストン頂面9a)とで構成されるいわゆるリップ部が3箇所に形成されている。そのため、燃焼室の構造として、キャビティ10の底面101及び第1立ち上がり部102によって区画される1段目燃焼室V1、第1水平部103及び第2立ち上がり部104によって区画される2段目燃焼室V2、並びに、第2水平部105及び第3立ち上がり部106によって区画される3段目燃焼室V3が形成されることとなる。従来の燃焼室構造では、いわゆるリップ部が2つのみであり、本実施形態の3段目燃焼室V3に相当する燃焼室が形成されていない。これに対して、本実施形態に係る構成のように、2段目燃焼室V2よりも外側且つ上方に3段目燃焼室V3が形成された構成においては、外周方向に流れる燃料噴霧を、3段目燃焼室V3を介してピストン頂面9aに至る第3立ち上がり部106(最上段燃焼室の縦壁)にまで至らしめることができ、従来は構成されていない3段目燃焼室V3を、燃料噴霧と空気とが混合する空間として積極的に利用することができる。すなわち、本実施形態に係る構成では、キャビティ10の外周側において燃料噴霧と空気とが混合する空間(3段目燃焼室V3)が形成されているため、燃料と酸素とが接触・反応(燃焼)する機会を増やし、燃焼を促進することができる。そして、本実施形態に係る構成では、燃焼室全体に占める3段目燃焼室V3の容積比が2%以上且つ40%以下とされることにより、キャビティ10の外周側における燃焼を促進しながら、3段目燃焼室V3が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。以上のように、本実施形態に係る燃焼室構造100によれば、より燃費に有利な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することができる。
In the
図7は、3段目燃焼室V3の容積比と燃費改善効果との関係を示すグラフである。図7において、横軸は燃焼室全体に示す3段目燃焼室V3の容積比を示しており、縦軸は燃料消費(すなわち燃費改善効果)を示している。3段目燃焼室V3の容積比が0(横軸が0)とは、3段目燃焼室V3が無い構成であり、従来型の2段リップ構造に相当する構成である。この状態を基準として、3段目燃焼室V3の容積比が0の場合よりも燃料消費が少ない状態が燃費が改善した状態であり、燃料消費が多い状態が燃費が悪化した状態である。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 and the effect of improving fuel efficiency. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 to the entire combustion chamber, and the vertical axis indicates the fuel consumption (that is, fuel efficiency improvement effect). A volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 of 0 (the horizontal axis is 0) means that there is no third-stage combustion chamber V3 and corresponds to a conventional two-stage lip structure. Based on this state, a state in which fuel consumption is less than that in the case where the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 is 0 is a state in which fuel consumption is improved, and a state in which fuel consumption is high is a state in which fuel consumption is deteriorated.
図7に示されるように、3段目燃焼室V3の容積比が2~3%程度になると、燃料消費低減(燃費改善)効果が確認され、3段目燃焼室V3の容積比が4%程度となると、燃料消費低減(燃費改善)効果が明らかに認められるようになる。更に3段目燃焼室V3の容積比を増大させる場合、3段目燃焼室V3の容積比が8%程度までは3段目燃焼室V3の容積比が大きいほど燃費が改善される。更に3段目燃焼室V3の容積比を増大させる場合、3段目燃焼室V3の容積比が8~11%程度までは3段目燃焼室V3の容積比を大きくしても燃料消費は大きくは増減しない。更に3段目燃焼室V3の容積比を増大させる場合、3段目燃焼室V3の容積比が35%程度までは燃費改善効果が認められ、3段目燃焼室V3の容積比が40%程度で燃料消費は基準(3段目燃焼室V3の容積比が0)と同程度となる。3段目燃焼室V3の容積比が40%より大きくなると、燃料消費は基準より増加し燃費が悪化する。このように、3段目燃焼室V3の容積比については、ある程度までは、大きくすることにより空気と燃料とが混合する空間が大きくなり燃費が改善するが、増大させすぎた場合には燃焼が緩慢になり燃費改善効果が小さくなる。 As shown in FIG. 7, when the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 is about 2 to 3%, the effect of reducing fuel consumption (improving fuel consumption) is confirmed, and the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 is 4%. When it reaches a certain degree, the effect of reducing fuel consumption (improving fuel consumption) is clearly recognized. Further, when the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is increased, the fuel efficiency is improved as the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 increases up to about 8%. Furthermore, when the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is increased, even if the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is increased, fuel consumption is large until the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is about 8 to 11%. does not increase or decrease. Further, when the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is increased, the fuel consumption improvement effect is recognized up to a volume ratio of about 35% of the third stage combustion chamber V3, and the volume ratio of the third stage combustion chamber V3 is about 40%. , the fuel consumption becomes approximately the same as the reference (the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 is 0). When the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 exceeds 40%, the fuel consumption increases from the standard, resulting in deterioration of fuel efficiency. As described above, increasing the volume ratio of the third-stage combustion chamber V3 to a certain extent increases the space where air and fuel mix and improves fuel consumption, but if the volume ratio is increased too much, combustion will be impaired. becomes slow and the effect of improving fuel consumption becomes small.
第3立ち上がり部106の上方に立ち上がる長さは、上下方向に交差する方向におけるキャビティ10の底面101の長さの、3%以上且つ9.5%以下であってもよい。このように、3段目燃焼室V3を区画する第3立ち上がり部106の長さが設定されることにより、3段目燃焼室V3の大きさを十分に確保してキャビティ10の外周側における燃焼を促進しながら、3段目燃焼室V3が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。
The upwardly rising length of the third rising
上下方向に交差する方向における第2水平部105の長さは、上下方向に交差する方向におけるキャビティ10の底面101の長さの、10%以上且つ18%以下であってもよい。このように、3段目燃焼室V3を区画する第2水平部105の長さが設定されることにより、3段目燃焼室V3の大きさを十分に確保してキャビティ10の外周側における燃焼を促進しながら、3段目燃焼室V3が大きくなり過ぎて燃焼が緩慢になることも抑制することができる。
The length of the second
1…ディーゼルエンジン、9a…ピストン頂面、10…キャビティ、11…気筒天井部、100…燃焼室構造、101…底面、102…第1立ち上がり部、103…第1水平部、104…第2立ち上がり部、105…第2水平部、106…第3立ち上がり部、V1…1段目燃焼室(第1室)、V2…2段目燃焼室(第2室)、V3…3段目燃焼室。
Claims (3)
前記キャビティの底面から上方に立ち上がる第1立ち上がり部と、
前記第1立ち上がり部の上端に連続すると共に、前記キャビティの外周方向に略水平に伸びる第1水平部と、
前記第1水平部に連続すると共に上方に立ち上がる第2立ち上がり部と、
前記第2立ち上がり部の上端に連続すると共に、前記キャビティの外周方向に略水平に伸びる第2水平部と、
前記第2水平部に連続すると共に上方に立ち上がり前記ピストン頂面に至る第3立ち上がり部と、を備え、
燃焼室は、
前記キャビティの底面及び前記第1立ち上がり部によって区画される第1室と、
前記第1水平部及び前記第2立ち上がり部によって区画される第2室と、
前記第2水平部及び前記第3立ち上がり部によって区画される第3室と、を有し、
前記燃焼室全体に占める前記第3室の容積比は、2%以上且つ40%以下である、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造。 A combustion chamber structure for a direct-injection diesel engine that includes a cavity that is recessed downward with respect to the top surface of the piston, and in which fuel is radially injected from the center of the cylinder ceiling into the cavity to cause self-ignition,
a first rising portion rising upward from the bottom surface of the cavity;
a first horizontal portion continuous with the upper end of the first rising portion and extending substantially horizontally in the outer peripheral direction of the cavity;
a second rising portion continuous with the first horizontal portion and rising upward;
a second horizontal portion continuous with the upper end of the second rising portion and extending substantially horizontally in the outer peripheral direction of the cavity;
a third rising portion continuous with the second horizontal portion and rising upward to reach the top surface of the piston;
The combustion chamber is
a first chamber defined by the bottom surface of the cavity and the first rising portion;
a second chamber defined by the first horizontal portion and the second rising portion;
a third chamber defined by the second horizontal portion and the third rising portion;
A combustion chamber structure for a direct injection diesel engine, wherein the volume ratio of the third chamber to the entire combustion chamber is 2% or more and 40% or less.
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