JP2759374B2 - 直接噴射式内燃機関 - Google Patents

直接噴射式内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、排気タービン過給機及びインタークーラを
備え、ピストン上壁に形成された燃焼室に燃料噴射弁か
ら直接燃料を噴射する直接噴射式内燃機関に関する。
（従来の技術） 第20図はこの種内燃機関の一般的な全体構造を示して
おり、機関の両側に給気マニホルド21及び排気マニホル
ド22を備え、排気マニホルド22に排気タービン過給機24
のタービン部25を接続し、コンプレッサ部26はインター
クーラ27を介して給気マニホルド21に接続している。吸
気の温度が例えば略20℃であるとすると、過給機24のコ
ンプレッサ部26で圧縮されることにより略100℃に上昇
し、インタークーラ27で40℃〜50℃に冷却されて給気マ
ニホルド21に供給される。
従来の燃焼室としては、第17図のようなトロイダル
型、第18図のような浅皿型あるいは第19図のような内周
テーパー面を有するスキッシュリップ型等があり、これ
らの燃焼室には燃料の噴霧を抑制する手段は講じられて
いない。
また従来の燃料制御噴射系は、噴射カム形状の変更に
より第21図に示すように噴射圧を高圧化すると、噴射初
期から急速に燃料噴射率が上昇するため、燃料弁が開く
と同時に一気に噴射量が増加する。このような状態で燃
焼させると、燃料噴射開始後、着火遅れ期間中に多量の
燃料が高圧化により微粒化され、着火時には多量の空気
と混合した燃料が一気に燃焼する。この時の燃焼場は、
空気を圧縮しての圧力及び温度が高く、かつ酸素濃度が
標準空気と同一のため、火炎温度が非常に高く、NOxが
多く排出する。即ち燃料初期におけるNOxの排出量が多
くなるという不具合が生じる。
（発明の目的） 本発明の目的は、給気温度の低減、燃料噴射率及び噴
射圧の制御並びに燃焼室形状の工夫により、燃焼初期に
生成されるNOxの低減効果を向上させ、燃焼中期以降で
は燃料噴射圧の高圧化及びバックスキッシュの渦流等に
より混合気形成を良くして、出力性能を向上させると共
に、黒煙の発生を減少させることである。
（目的を達成するための技術的手段） 上記目的を達成するために本発明は、 燃料噴射率及び燃料噴射圧を、上死点付近の燃焼初期
で抑制し、燃焼中期、後期で増大、高圧化させる燃料制
御噴射系と、 燃焼室の内周面を上端部が狭くなるような環状テーパ
面に形成し、燃焼室の中央部に上方へ突出する中央突起
部を形成して、該突起部の上端面を概ね円錐状に形成
し、突起部の上方に位置する燃料噴射弁の燃料噴射角度
と突起部上端面との関係を、噴射初期においては噴霧域
の一部が突起部上端面に当接し、燃焼中期以降において
はピストンの下降により噴霧域全域が突起部から離れて
テーパ内周面に向かって噴射されるように設定した燃焼
室と、 インタークーラからの給気を再度圧縮するコンプレッ
サ部、該コンプレッサ部からの給気を再度冷却するアフ
タークーラ及びアフタークーラからの給気を膨脹させて
給気マニホルドに供給すると共に上記コンプレッサ部を
駆動するエアタービン部よりなる給気冷却システムと
を、 備えたことを特徴としている。
また出力性能を一層向上させるために、排気タービン
過給機に、低圧段過給機及びプレインタークーラを接続
して２段過給とする。
またNOxの低減効果を一層向上させるために、排気の
一部を給気に再循環するEGR装置を付加する。
（作用） エアタービン等による給気冷却システムにより給気温
度を０〜50℃に極力低減した状態とし、上死点付近の場
の圧力、温度の高い燃焼初期には、低噴射率及び低噴射
圧による少量噴射を行なうと共に、噴射される噴霧の一
部を燃焼室の中央突起部にひっかけて抑制することによ
り、初期噴霧周りの局部高温火炎温度及び量を抑制す
る。即ち初期燃焼を抑制し、それによりNOxの生成を抑
える。
その後の燃焼中期には、ピストン下降変位（圧力降
下）に同調して徐々に噴射率及び噴射圧を増加し、燃焼
室内形状とマッチさせながら噴霧を成長させる。即ち噴
射率等の増加と共に噴霧域が中央突起部から外れ、かつ
燃料噴射弁から燃焼室内周面までの距離が長くなること
により噴霧燃焼域が拡がる。
噴射終りには高圧噴射になり、高圧噴射による噴霧の
特徴（噴霧到達距離の拡大、微粒化等）を一層発揮させ
ると共に、噴射に比例した制御燃焼（超NOx燃焼維持）
を行なわせ、さらに場の圧力が降下した燃焼後期には、
高圧噴霧が略すべてテーパー内周面に当たることからの
バックスキッシュによる撹乱により、燃焼を急速に完了
させる。即ち混合気形成がよくなって、黒煙の発生が抑
制される。
なお前述の燃焼初期で突起部上端面に溜っていた燃料
は徐々に蒸発し、燃焼する。
（実施例） まず燃焼室の形状を説明すると、第１図は本発明を適
用した直接噴射式ディーゼル機関のスキッシュリップ型
燃焼室の断面図を示しており、シリンダヘッド２には燃
料噴射弁３が少し傾斜した状態で固定されており、燃料
噴射弁３の下端ノズル部はシリンダ４の中心線O1から少
しずれた位置に位置すると共に、シリンダ４内に上方か
ら臨んでいる。
ピストン１の上壁には、上記燃料噴射弁３のノズル部
と同じ位置の中心線O2を中心とする円盤形の燃焼室５が
上端開口状に形成されている。燃焼室５の環状の内周面
７は上端部側が狭くなるようにテーパー状に形成されて
おり、該テーパー内周面７の下端部分は円弧形部分7aを
介して燃焼室底壁5aにつながっている。
燃焼室５の中央部には底壁5a部分から上方に突出する
円筒状の中央突起部10が形成されており、該突起部10の
上端面10aは燃焼室中心線O2を中心とする緩やかな円錐
状に形成されている。中央突起部10の上端面10aはピス
トン１の上端面よりも少し低い位置に形成されている。
中央突起部10の下端部周囲は円弧形部分10cを介して燃
焼室底壁5aにつながっている。
燃料噴射弁３の先端ノズル部には複数の噴口が形成さ
れ、各噴口から噴射される噴霧Ｐの仮想中心線Ａと燃焼
室中心線O2とのなす噴射角度αは、中央突起部10との関
係上次のように設定されている。
第１図の噴射初期において、その噴霧Ｐの概ね50％が
中央突起部10の上端面10aに当接し、噴射中期において
第３図のように噴霧Ｐが中央突起部10の上端面10aから
略完全にはずれ、噴霧Ｐがテーパー内周面７に当接する
ように設定されている。ちなみに第１図では上記仮想中
心線Ａが中央突起部10の上端面10aの略外周端縁を通過
するようになっている。
第６図において、中央突起部10の上端面10aには、燃
料の付着量を制御するために直径が異なる複数の同心の
環状溝12が形成されている。環状溝12の断面形状は中心
線O2から半径方向外方にゆくに従い徐々に深くなってゆ
くようなくさび形状に形成されている。
次に高圧噴射率制御噴射系について説明すると、噴射
カムのカム面の高さ及び形状等の変更により噴射率及び
噴射圧は第８図に示すように設定されている。即ち上死
点（TDC）の少し前から燃料噴射が開始され、上死点付
近の噴射初期の間は噴射率及び噴射圧は共に低く抑えら
れている。
噴射中期で噴射率及び噴射圧は増加し、噴射後期にお
いては高圧の噴射圧になると共に噴射率も最大になり、
そしてその後は急速に低下する。なお第８図の〜は
第１図〜第５図の状態にそれぞれ対応する。
第７図はディーゼル機関の全体略図を示しており、機
関20の両側に給気マニホルド21と排気マニホルド22が設
けられ、排気マニホルド22には高圧力比の排気タービン
過給機24のタービン部25が接続されている。タービン部
25とコンプレッサ部26の間には調節バルブ41を介してEG
R（排気ガス再循環）装置42が設けられ、少量（例えば
５〜10％程度）の排気を調節して給気に再循環できるよ
うになっている。
上記過給機24のコンプレッサ部26には小型のインター
クーラ27が接続し、該インタークーラ27はタービン式の
給気冷却システム30を介して給気マニホルド21に接続し
ている。
給気冷却システム30内のエア経路中には、上流側から
順に、給気を再度圧縮するためのコンプレッサ部31と、
再度冷却するためのアフタークーラ35と、膨脹により給
気を極低温に下げるためのエアタービン部32と、外部か
ら大気を補充できる補助給気口37が接続されている。コ
ンプレッサ部31とエアタービン部32はタービン軸33を介
して連動連結しており、タービン部32によりコンプレッ
サ部31を駆動するようになっている。補助給気口37には
外部からの大気の導入のみを許す逆止弁38が設けられ、
タービン部32による給気の膨脹により負圧になった時
に、外部から大気を補充する。
作動を説明する。第７図においてまず給気の流れ及び
その温度変化について説明すると、排気タービン過給機
24のコンプレッサ部26部には、外部から例えば略20℃の
吸気が吸い込まれると共に、排気マニホルド22側からEG
R装置42を介して少量の排気ガスが吸い込まれ、圧縮さ
れる。この圧縮により給気温度は略100℃に上昇する。
またEGR装置42内では排気ガス中のカーボン成分は除去
される。
コンプレッサ部26で圧縮された給気はインターラ27で
40〜50℃に冷却された後、給気冷却システム30に入る。
給気冷却システム30内ではまずコンプレッサ部31で再圧
縮されて、略100℃まで温度が上昇するが、アフターク
ーラ35で略40℃に冷却され、エアタービン部32において
膨脹する。それにより給気圧力が低下すると同時に極め
て低い温度（０〜５℃）にまで給気温度は低下し、給気
マニホルド21に供給される。
次に燃焼室内における変化を説明する。噴射開始時に
おいては、噴射率及び噴射圧は低い値に抑制されてお
り、また第１図のように噴霧Ｐの略50％は燃焼室５内に
直接入るが、残りの50％は突起部10の上端面10aに当接
して抑制される。なおその一部は燃焼室５内へと滑って
いくが、残りは上端面10aの環状溝12内に溜る。
従って噴射量及び空気流入量は低く抑えられ、かつ前
述のように給気冷却システム30により場の圧力及び温度
は極力低減した状態であるので、燃焼初期における急激
な燃焼は抑えられ、NOxの生成は抑えられる。
ピストン１の下降に従い第２図のように燃料噴射弁３
から突起部10が遠ざかると共に噴霧Ｐは突起部上端面10
aに当接する割合が減少してゆき、第３図のように噴射
中期において、噴霧Ｐは略その全部が突起部10の上端面
10aから外れる。これに同調して前記制御噴射系により
噴射率及び噴射圧が増大されるので、噴霧域が拡大する
と共に噴霧長さも長くなり、噴霧域が成長し、燃焼室５
のテーパー内周面７に当接する。
噴射後期に入ると最大の高圧噴射と共に、第４図のよ
うにバックスキッシュ流Ｓが形成され、空気流入量が増
加して火炎は拡散し、燃焼が促進される。一方突起部10
の溝12に溜っていた燃料は蒸発し、バックスキッシュ流
Ｓの火炎と共に燃焼する。
なおさらに圧力降下した燃焼後期においては、第５図
のように噴霧Ｐは一部が直接ピストン１とシリンダヘッ
ド２の間にも供給される。
第９図は排気色並びにNOxの発生量の変化を示すグラ
フであり、実線で示すグラフA1は従来例、一点鎖線で示
すグラフA3は本発明による第１図の燃焼室、第８図の高
圧噴射率制御噴射系並びに第７図の給気冷却システム及
びEGR装置を備えた場合の変化を示している。また破線
で示すグラフA2は、グラフA3の上記条件からEGR装置を
外した場合の変化を示している。
（別の実施例） （１）第７図の仮想線で示すようにEGR装置42を給気マ
ニホルド21と排気マニホルド22の間に直接架け渡す構造
でもよい。
（２）第10図は請求項２記載の２段過給方式を適用した
例であり、高圧段用の排気タービン過給機24に低圧段過
給機50を付加している。両過給機24、50のタービン部5
1、25同志が排気管55を介して接続し、コンプレッサ部5
2、26同志がプレインタークーラ53を介して接続してい
る。
これによると過給圧の増大により給気の圧力比を上
げ、給気冷却システム30のエアタービン部32の膨脹比を
増大させて、極低温の給気の流量を増大させ、出力性能
を一層向上させることができる。
また低圧段過給機50のタービン部51の入口にスクロー
ル切換え弁60を取り付けて、タービン部51に入る排気の
流通断面積を可変とすることもできる。即ちセンサー等
により、給気マニホルド21の給気圧が低い時あるいは給
気温度が高い時等を検知して、図示のようにスクロール
弁60で排気管55を半分閉じることにより、排気の流速を
上げてタービン回転を増大させ、給気量不足を補う。
（３）第11図は２段過給方式を採用すると同時にEGR装
置42も取り付けた例である。EGR装置42は低圧段過給機5
0のタービン部51とコンプレッサ部52の間に取り付けら
れているが、仮想線で示すように給気マニホルド21と排
気マニホルド22の間に直接設けることも可能である。
（４）第12図は燃焼室の変形例であって、中央突起部10
に環状のくびれ部15を形成した構造である。中央突起部
10の周壁の上部付近が最小外径になるように湾曲状にく
びれている。
この構造によるとバックスキッシュ流Ｓの火炎により
突起部10の上端面10aを効率良く加熱することにより、
滞留燃料の蒸発を促進し、カーボンの堆積を防ぎ、かつ
その蒸発噴霧Ｑをバックスキッシュ流にうまく載せて燃
焼させることができるので、燃焼が促進される。
（５）第13図は第12図と同様に中央突起部10の周壁に環
状のくびれ部15を形成した構造であるが、くびれ部15は
下端部付近が最小外径になるようにくびれている。
（６）第14図は突起部10の上端面10aに円周溝12及び放
射状溝13を形成した例である。
（７）第15図は突起部10の上端面10aに多数のくぼみ17
を形成した例である。
（８）第16図は突起部10の上端面10aに多数のいぼ状の
突起18を形成した例である。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によると： （１）噴射初期においては高圧噴射率制御噴射系によっ
て噴射圧及び噴射率が低く抑えらると共に、燃焼室内に
おいて噴霧Ｐの一部が中央突起部10にひっかかり、しか
も燃焼の場は給気冷却システム30によって極低温にされ
ているので、確実な着火と共に初期燃焼が抑制され、そ
れによりNOxの生成量を減少させることができる。
（２）ピストン１の下降に従って噴霧Ｐが中央突起部10
から外れていき、かつ噴射圧及び噴射率が増大すると共
に燃料噴射弁３から燃焼室内周面７までの距離が長くな
り、燃焼中期以降は高圧噴霧が略すべてテーパー内周面
７に当るようになり、それによりバックスキッシュの渦
流が形成され、混合気形成がよくなって急速燃焼して燃
焼が完了する。したがって出力が向上すると同時に黒煙
の発生が抑制される。
（３）排気タービン過給機24に低圧段過給機50を付加し
て２段過給とすることにより、過給圧の増大により給気
の圧力比を上げ、給気冷却システム30のエアタービン部
32の膨脹比を増大させることができる。従って極低温の
給気の流量を増大させ、出力性能を一層向上させること
ができる。
（４）EGR装置を付加することにより、酸素濃度を低下
させ、燃焼を緩慢にできるので、NOxの発生量は一層低
減する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を適用したディーゼル機関の燃焼室であ
って、燃焼開始時の状態を示す縦断面図、第２図〜第５
図は上記第１図の燃料開始時以降、燃焼後期までの噴射
状態の変化を順次示す縦断面図、第６図は第１図の中央
突起部の斜視図、第７図はディーゼル機関の全体略図、
第８図は筒内圧、噴射圧、噴射率、平均ガス温度及び熱
発生率の変化を示すグラフ、第９図はNOxの変化並びに
排気色の変化を示すグラフ、第10図は２段過給方式を採
用したディーゼル機関の全体略図、第11図は２段過給方
式及びEGR装置を採用したディーゼル機関の全体略図、
第12図及び第13図はそれぞれ中央突起部の変形例を示す
断面図、第14図〜第16図は中央突起部の上端面の変形例
を示す斜視図、第17図〜第19図は従来例の縦断面略図、
第20図は従来例のディーゼル機関の全体略図、第21図は
従来の燃料制御噴射系による噴射圧及び噴射率のグラフ
である。１……ピストン、２……シリンダヘッド、３…
…燃料噴射弁、４……シリンダ、５……燃焼室、７……
テーパー内周面、10……中央突起部、10a……上端面、2
4……排気タービン過給機、27……インタークーラ、30
……給気冷却システム、31……アフタークーラ、32……
膨脹用エアタービン、42……EGR装置、50……低圧段過
給機、53……プレインタークーラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｇ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ ５７０Ｐ (72)発明者 吉川 滋 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤン マーディーゼル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−108424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−93717（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−87928（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−155636（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気タービン過給機及びインタークーラを
    備え、ピストン上壁に形成した燃焼室に燃料噴射弁から
    直接燃料を噴射する直接噴射式内燃機関において、 燃料噴射率及び燃料噴射圧を、上死点付近の燃焼初期で
    抑制し、燃焼中期、後期で増大、高圧化させる高圧噴射
    率制御噴射系と、 燃焼室の内周面を上端部が狭くなるような環状テーパ面
    に形成し、燃焼室の中央部に上方へ突出する中央突起部
    を形成して、該突起部の上端面を概ね円錐状に形成し、
    突起部の上方に位置する燃料噴射弁の燃料噴射角度と突
    起部上端面との関係を、燃焼初期においては噴霧域の一
    部が突起部上端面に当接し、燃焼中期以降においてはピ
    ストンの下降により噴霧域全域が突起部から離れてテー
    パ内周面に向かって噴射されるように設定した燃焼室
    と、 前記インタークーラからの給気を再度圧縮するコンプレ
    ッサ部、該コンプレッサ部からの給気を再度冷却するア
    フタークーラ及び該アフタークーラからの給気を膨脹さ
    せて給気マニホルドに供給すると共に上記コンプレッサ
    部を駆動するエアタービン部よりなる給気冷却システム
    とを、 備えたことを特徴とする直接噴射式内燃機関。
  2. 【請求項２】請求項１記載の直接噴射式内燃機関におい
    て、排気タービン過給機に、低圧段過給機及びプレイン
    タークーラを接続して２段過給としたことを特徴とする
    直接噴射式内燃機関。
  3. 【請求項３】請求項１記載の直接噴射式内燃機関におい
    て、排気の一部を給気に再循環するEGR装置を付加した
    ことを特徴とする直接噴射式内燃機関。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1605147A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-14 Delphi Technologies, Inc. Apparatus for improving combustion
FR2885650B1 (fr) * 2005-05-16 2010-12-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur thermique pour vehicule automobile
JP4888330B2 (ja) * 2007-10-22 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 直接噴射式の内燃機関
JP6076212B2 (ja) * 2013-07-02 2017-02-08 愛三工業株式会社 過給機付きエンジンの排気還流装置における新気導入装置
JP6554859B2 (ja) * 2015-03-27 2019-08-07 いすゞ自動車株式会社 直噴式エンジンの燃焼室構造
DE102015219895A1 (de) * 2015-10-14 2017-04-20 Ford Global Technologies, Llc Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Kolben und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer derartigen Brennkraftmaschine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130283781A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 General Electric Company Turbocharged power unit and method of operating under high load conditions
US9243548B2 (en) * 2012-04-27 2016-01-26 General Electric Company Turbocharged power unit and method of operating under high load conditions

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