JP2500944Y2 - 直噴式デイ−ゼルエンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造
に関する。

［従来技術］ 一般に、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造とし
ては、ピストン頂部のほぼ中央部に凹部が設けられた、
例えばトロイダル型のようなものが良く知られており、
燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は殆ど全て前記ピス
トン頂部の一つの凹部に向けて噴射される（実開昭59-1
94529号公報参照）。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、このような従来の直噴式ディーゼルエンジ
ンの燃焼室構造にあっては、噴射される燃料は殆ど全て
比較的小孔径の凹部内に向けられ、かつ燃料と空気との
混合を促進させるため吸気ポート形状を変えて燃焼室内
にスワール（旋回流）を発生させている。このため、噴
射された燃料の多くはこのスワールに乗って凹部内側壁
に沿って旋回することになり、凹部内側壁への燃料の付
着量が多くなり、その結果、燃料と空気との混合が悪化
したり、HC等の未燃排気物が増大する等の問題が発生す
る。また、燃料噴射後着火開始と共に予混合燃焼する
が、凹部内側壁への付着燃料の増加により、その後の拡
散燃焼期では未使用の空気と未燃燃料との混合が充分に
行なわれないため、燃焼期間の延長ならびに後燃え期間
の増大等により、出力の低下、排気の悪化をもたらすと
いう問題もある。

この考案は、このような従来の問題点に着目して創案
されたもので、ピストン頂部に形成された凹部内側壁へ
の噴射燃料の付着を減少させて空気との混合を促進させ
た直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造の提供を目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためにこの考案は、ピストン頂部
のほぼ中央部にほぼ半球状の第１燃焼室を設け、この第
１燃焼室の外周部に、上面がピストン頂部と同一面とな
る環状の隔壁を介して環状溝となる第２燃焼室を設け、
前記第１燃焼室には、この第１燃焼室に向けて燃料を噴
射する燃料噴射弁の第１噴孔から、第１回目の燃料が初
期噴霧として少量供給され、前記第２燃焼室には、この
前記第２燃焼室に向けて燃料を噴射する前記燃料噴射弁
の第２噴孔から、前記第１回目の燃料供給より多量の第
２回目の燃料が後期噴霧として供給される構成とした。

［作用］ 第１回目に噴射にされる燃料は第１燃焼室に流入し、
ここで予混合燃焼が始まる。このときの初期噴射燃料は
少量であるので、第１燃焼室内側壁に付着する燃料は少
なくなるとともに、噴射された燃料と空気との混合が促
進され、また噴射された燃料は隔壁によって第２燃焼室
に流出しにくくなる。その後第１燃焼室内のガスは、圧
力、温度共に高まり第２燃焼室にジェットとなって流れ
込み、この燃焼ガスジェットにより、第２燃焼室内に残
留している多くの未使用空気が掻き乱されて極めて強い
乱流となり、この強い乱流の中に、第１回目の燃料供給
より多量の第２回目の燃料噴射となる主噴射が行なわれ
る。これにより、空気と燃料との混合が促進されて拡散
燃焼が速かに行なわれ、燃焼期間の短縮および後燃えが
低減する。

［実施例］ 以下、図面に基づきこの考案の一実施例を詳細に説明
するが、第１図および第２図を用いてまずその構成を説
明する。

シリンダライナ１内の収納されたピストン３の頂部3a
のほぼ中央部にはほぼ半球状の第１燃焼室５が形成さ
れ、この第１燃焼室５の外周部には環状溝となる第２燃
焼室７が形成されている。第２燃焼室７は、上面がピス
トン頂部3aと同一面となる環状の隔壁８を介して第１燃
焼室５の外周部に設けられている。

一方、シリンダヘッド９には、吸（排）気弁11および
燃料噴射弁13が取付けられており、燃料噴射弁13は、例
えばスロットルホールノズルのように二段階に噴射でき
るものである。第１燃焼室５には、第１回目の噴射燃料
である初期噴霧F₁が、燃料噴射弁13の先端に設けられた
第１噴孔から第１燃焼室５に向けて少量噴射され、また
初期噴霧F₁より多量の第２回目の噴射燃料である主噴霧
となる後期噴霧F₂が、燃料噴射弁13の先端周囲に設けら
れた第２噴孔から第２燃焼室７に向けて噴射される構造
となっている。

次に、上記構成によるこの考案の一実施例の作用を、
主に第３図および第４図を用いて説明する。なお、第４
図において、実線は従来の燃焼を表わし、破線はこの実
施例の燃焼を表わす。

燃料噴射弁13からは、第４図のノズル開口面積のＡが
示すように、まずピストン３の上死点（TDC）前（クラ
ンクアングルでTDCに対し約10°前）で、第１回目の初
期噴霧F₁の噴射が開始される。この初期噴霧F₁は、第１
燃焼室５に向けて少量噴射され、この第１燃焼室５内で
予混合燃焼が始まる。初期噴霧F₁の噴射初期には、ノズ
ル開口面積のＢが示す後期噴霧F₂は噴射されないので、
初期噴霧F₁のみが確実に第１燃焼室５に供給され、第１
燃焼室５に供給された燃料は、隔壁８によって第２燃焼
室７への流出が抑制される。また、初期噴霧F₁は少量の
ため、第１燃焼室５内の側壁に付着しにくくなるととも
に、噴射された燃料と空気との混合が促進され、このた
めHC等の未燃排気量の減少と、確実な予混合燃焼が達成
される。また、第４図に示すように、予混合燃焼による
熱発生率は従来に比較して低くなっているので、騒音
の面でも有利となっている。

第１燃焼室５内で予混合燃焼が起こると、第３図に示
すように、この燃焼によるガスＧが高温、高圧となり、
高速のジェットＪとなって第２燃焼室７に均等に流れ込
む。このとき、第２燃焼室７内には多くの未使用空気が
残留しており、前記ジェットＪによりこの未使用空気が
掻き乱されて極めて強い乱流が発生する。

この時期、つまり初期噴霧F₁の噴射後期には、第１回
目の噴射燃料より多量の主噴霧となる第２回目の後期噴
霧F₂が第２燃焼室７に向けて噴射されるが、その噴射時
期は、第４図に示すように噴霧の蒸発に要する時間も考
えて予混合燃焼のピークＰより若干早くなっている。
（この後期噴霧F₂は、初期噴霧F₁よりクランクアングル
で５°以上遅らせる必要がある。） このようにして噴射された後期噴霧F₂は、燃焼ガスジ
エットＪによる強い乱流により、空気との混合が極めて
急速に行なわれ、また後期噴霧F₂は高温雰囲気中に噴射
されるので、充分活性化されたものとなっている。この
結果燃焼が促進され、第４図に示すように拡散燃焼が増
大する。また、このときの熱発生率も従来に比べ大き
くなるので、燃焼期間の短縮および後燃えの低減がなさ
れることになる。

なお、第４図のノズル開口面積のＡおよびＢはそれぞ
れ初期噴霧F₁および後期噴霧F₂のときのもので、同じく
燃料噴射率のＣおよびＤはそれぞれ初期噴霧F₁および後
期噴霧F₂のときのものである。

［考案の効果］ 以上説明したようにこの考案によれば、第１回目に初
期噴霧となる少量の燃料をピストン頂部のほぼ中央部の
第１燃焼室に噴射し、第１回目の燃料供給より多量の第
２回目の燃料を、第１燃焼室の外周部に隔壁を介して設
けた第２燃焼室に後期噴霧として噴射させるようにした
ため、次のような効果を奏する。

初期噴霧となる第１回目の燃料は、確実に第１燃焼室
に供給され、隔壁によって第２燃焼室への流出を抑制す
ることができる。

初期噴霧となる第１回目の燃料は、少量のため、第１
燃焼室内の側壁に付着しにくくなるとともに、噴射され
た燃料と空気との混合が促進され、このためHC等の未燃
排気量の減少および、確実な予混合燃焼を達成すること
ができる。

後期噴霧となる第２回目の燃料も、確実に第２燃焼室
に供給され、第１燃焼室内での予混合燃焼による高速の
ガスジェットの第２燃焼室内への流入に起因して発生す
る乱流により、空気との混合が促進されて拡散燃焼が速
やかに行なわれ、燃焼期間の短縮および後燃えの低減を
図ることができ、出力性能の向上ならびに排気の低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの考案の一実施例に係わり、第１図はピス
トンまわりの断面図、第２図は第１図のピトンの平面
図、第３図は燃料の噴射状態を示す説明図、第４図は従
来とこの考案の一実施例とを比較した燃料噴射率、熱発
生率等の説明図である。 ３……ピストン、3a……頂部、５……第１燃焼室 ７……第２燃焼室、８……隔壁、13……燃料噴射弁 F₁……初期噴霧、F₂……後期噴霧

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン頂部のほぼ中央部にほぼ半球状の
   第１燃焼室を設け、この第１燃焼室の外周部に、上面が
   ピストン頂部と同一面となる環状の隔壁を介して環状溝
   となる第２燃焼室を設け、前記第１燃焼室には、この第
   １燃焼室に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁の第１噴孔
   から、第１回目の燃料が初期噴霧として少量供給され、
   前記第２燃焼室には、この前記第２燃焼室に向けて燃料
   を噴射する前記燃料噴射弁の第２噴孔から、前記第１回
   目の燃料供給より多量の第２回目の燃料が後期噴霧とし
   て供給される構成としたことを特徴とする直噴式ディー
   ゼルエンジンの燃焼室構造。