JP3132601B2 - ディーゼルエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンに係
り、とくに燃料噴射ノズルによって燃料を噴射し、自然
着火によって燃焼させるようにしたディーゼルエンジン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはピストンを上死点
側へ移動させることによって、シリンダ内の吸気を圧縮
して高温の状態にしておき、ピストンがほぼ上死点に達
するのに同期して燃料噴射ノズルから燃料を噴射するよ
うにし、燃料の噴霧を吸気の熱によって自然着火させて
燃焼を行なうようにしている。

【０００３】燃料噴射ノズルから噴射された燃料の噴霧
はピストンの頂面に形成されている凹部から成る燃焼室
内において吸気と混合されて混合気を形成し、この混合
気が燃焼されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】良好な混合気が形成さ
れることが燃焼のために必要である。局部的に燃料の噴
霧のみが存在し、空気との混合が十分でないと、その部
分の燃料の噴霧が燃焼せず、黒煙やパティキュレートの
発生の原因になる。そこでピストンの頂面に形成されて
いる燃焼室の形状を工夫するようにし、例えばその壁面
に凹部を設けたり、あるいは燃焼室をリエントラント型
にする等の工夫がこらされている。あるいはまた燃焼室
を上から見たときに四角い角型の燃焼室としたものがあ
る。

【０００５】このような対策によって、燃焼室内におけ
る空気の流動を活発化し、燃料噴霧との混合をよくして
煙の発生を抑えるようにしている。しかし従来の直噴型
ディーゼルエンジンにおいては、燃料と吸気との混合を
完全に行なうことができず、これによって煙の発生をゼ
ロにすることができない。このような問題点に鑑みて燃
料の高圧噴射が試みられているが、噴射装置のコストが
高くなるという欠点がある。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、ディーゼルエンジンのとくに燃焼後期
の拡散燃焼を燃焼室内の空気や燃焼ガスの衝突によって
活発化し、これによって黒煙およびパティキュレートの
低減を図るようにしたディーゼルエンジンを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料噴射ノズ
ルによって燃料を噴射し、自然着火によって燃焼させる
ようにしたディーゼルエンジンにおいて、ピストンの頂
部に臨んで開口するほぼ球状の主燃焼室を前記ピストン
に形成するとともに、該主燃焼室の入口部分を絞って衝
突燃焼部を形成し、前記ピストンが上死点に至ったとき
にシリンダとシリンダヘッドとの接合面に対して前記主
燃焼室とシリンダの軸線方向においてほぼ対称に対向す
るようにほぼ球状の副燃焼室をシリンダヘッドに形成す
るとともに、該副燃焼室の入口部分を絞って衝突燃焼部
を形成し、先端部が前記主燃焼室の入口部分と前記副燃
焼室の入口部分とに臨むようにシリンダの軸線と直角に
近い角度で前記燃料噴射ノズルを前記シリンダヘッドに
取付け、前記燃料噴射ノズルによって前記主燃焼室の最
奥部の壁面と前記副燃焼室の最奥部の壁面とにそれぞれ
直角に近い角度で直接衝突するように燃料を噴射すると
ともに、前記主燃焼室および前記副燃焼室で生じた火炎
による燃焼ガスが前記主燃焼室および前記副燃焼室の入
口部分の衝突燃焼部において衝突して燃焼を活発化させ
るようにしたことを特徴とするディーゼルエンジンに関
するものである。

【０００８】

【作用】燃料噴射ノズルによって主燃焼室と副燃焼室と
にそれぞれ噴射された燃料の噴霧はそれぞれの燃焼室内
において自然着火されるとともに、このようにして生じ
た火炎が主燃焼室および副燃焼室の出口側に向って広が
る。そして互いに対向するように配されている主燃焼室
と副燃焼室の出口部分において、これらの主燃焼室と副
燃焼室とから拡散してきた火炎が激しくぶつかるように
なる。これによって拡散燃焼後期にさらに燃焼が活発に
行なわれるようになり、残存する燃料噴霧が酸素と会合
して黒煙やパティキュレートの発生を抑制する。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る燃料噴射装置
を備えるディーゼルエンジンの要部を示すものであっ
て、シリンダブロック１０には貫通孔から成るシリンダ
１１が設けられており、このシリンダ１１内にピストン
１２が摺動可能に配されている。そしてピストン１２は
ピストンピン１３によってコンロッド１４と連結される
ようになっている。

【００１０】シリンダ１１の上部開口はシリンダヘッド
１５によって閉塞されるようになっており、しかもこの
シリンダヘッド１５には吸気ポート１６と排気ポート１
７とがそれぞれ形成されている。これらの吸気ポート１
６および排気ポート１７はそれぞれ吸気バルブ１８およ
び排気バルブ１９によって開閉されるようになってい
る。またシリンダヘッド１５には燃料噴射ノズル２０が
斜めに取付けられており、ピストン１２の頂面に形成さ
れている主燃焼室２１とシリンダヘッド１５の下面に形
成されている副燃焼室２２とに向けて燃料を噴射するよ
うにしている。

【００１１】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
噴射管２４によって燃料噴射ポンプ２５の対応するポン
プユニット２６に接続されている。燃料噴射ポンプ２５
はメカニカルガバナ２７を備え、このメカニカルガバナ
２７によってコントロールラック２８を動かし、１回に
噴射される燃料の供給量を調整するようにしている。ま
た燃料噴射ポンプ２５はカムシャフト２９を備え、この
カムシャフト２９に取付けられているカム３０が各ポン
プユニット２６を駆動するようになっている。またカム
シャフト２９にはタイマ３１が設けられており、このタ
イマ３１によって噴射のタイミングを調整するようにし
ている。

【００１２】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
その先端部がノズル本体３４から構成されており、この
ノズル本体３４の先端部に２個の噴口３５が形成されて
いる。そしてノズル本体３４はリテーナ３６によってノ
ズルホルダ３７に取付けられている。ノズル本体３４内
にはノズルニードル３８が摺動可能に保持されている。
そしてこのノズルニードル３８の上端は押圧ロッド３９
を介してノズルホルダ３７内の圧縮コイルばね４０によ
って下方へ押圧されるようになっている。これによって
ノズルニードル３８はノズル本体３４に形成されている
バルブシート４１に圧着され、燃料の遮断を行なうよう
になっている。またノズルホルダ３７には噴射管２４と
連通する燃料通路４２が形成されている。この燃料通路
４２はノズル本体３４の燃料通路４３と連通されるよう
になっている。燃料通路４３の終端には燃料だめ５１が
形成されている。

【００１３】押圧ロッド３９を押圧しているばね４０は
その上端がばね受け４４によって受けられている。そし
てこのばね受け４４の上端側には調整ねじ４５が取付け
られるようになっている。そしてこの調整ねじ４５はノ
ズルホルダ３７の内周面に形成されている雌ねじ４６と
螺合している。またノズルホルダ３７の側面側には突部
４８が形成されており、この突部４８には雄ねじ４９が
形成され、この雄ねじ４９と螺合する接続用ナット５０
によって噴射管２４がノズルホルダ３７に接続されるよ
うになっている。

【００１４】つぎに燃料噴射ポンプ２５の各ポンプユニ
ットの構成を説明すると、図３に示すように、プランジ
ャ５４の下端部にはタペット５５が取付けられている。
そしてタペット５５は圧縮コイルばね５６によって下方
に押圧されており、これによってカム３０の外周面に押
付けられている。そしてプランジャ５４が摺動可能に嵌
合しているバレル５７にはスピルポート５８が形成され
るとともに、このスピルポート５８とほぼ対向するよう
に、プランジャ５４の外周面には傾斜溝５９が形成され
ている。

【００１５】バレル５７の外周側にはピニオン６０が回
転可能に支持されている。そしてこのピニオン６０には
コントロールスリーブ６１が固着されるとともに、この
コントロールスリーブ６１に形成されている切欠き６２
は係合板６３を受入れている。この係合板６３はプラン
ジャ５４に固着されている。

【００１６】各ポンプユニット２６の出口側にはデリベ
リバルブ６４が設けられており、ケーシング６５の下部
に設けられているバルブシート６６上に配されている。
そしてコイルばね６７によってデリベルバルブ６４はバ
ルブシート６６側に押圧されている。

【００１７】つぎに以上のような構成に成る直噴型ディ
ーゼルエンジンの動作の概要を説明する。

【００１８】エンジンの出力の一部によってタイマ３１
を介してカムシャフト２９が駆動されると、図３に示す
ような形状のカム３０がタペット５５のローラを押上げ
ることになり、これによってプランジャ５４がバレル５
７内を上方へ移動する。するとプランジャ５４の頂面が
スピルポート５８を閉じ、燃料の圧送を開始する。プラ
ンジャ５４がさらに上方へ移動すると、やがて傾斜溝５
９がスピルポート５８に整合し、これによってプランジ
ャ５４の上側の空間の圧力が傾斜溝５９を通してスピル
ポート５８側に逃げるようになり、燃料の圧送が終了す
る。

【００１９】燃料噴射ポンプ２５のメカニカルガバナ２
７がコントロールラック２８を移動させると、ピニオン
６０が回転され、これによってコントロールスリーブ６
１が回転されるようになる。このコントロールスリーブ
６１の回転は切欠き６２および係合板６３を介してプラ
ンジャ５４に伝達され、バレル５７内においてプランジ
ャ５４が回転されることになる。従ってスピルポート５
８と整合する傾斜溝５９の位置によって決まる有効スト
ロークが変化するようになり、燃料の調量が行なわれ、
１回に噴射される燃料の供給量が制御されるようにな
る。また燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に設け
られているタイマ３１によって、カムシャフト２９の位
相角が制御され、燃料の噴射のタイミングが調整される
ようになっている。

【００２０】バレル５７内においてプランジャ５４が燃
料を圧送すると、デリベリバルブ６４が開かれ、噴射管
２４を通して燃料噴射ノズル２０に燃料が圧送されるよ
うになる。図２に示す燃料噴射ノズル２０の燃料通路４
２および４３を通して燃料だめ５１に燃料圧が加えられ
ると、ノズルニードル３８はロッド３９を介してばね４
０を圧縮しながら上方へ移動するようになり、これによ
ってノズルニードル３８の先端側の部分がバルブシート
４１から離れ、噴口３５を通して燃料が噴射されるよう
になる。燃料の圧送を終了すると、ばね４０の弾性復元
力によってロッド３９を介してノズルニードル３８が下
方へ押圧され、その先端部がバルブシート４１に圧着さ
れて燃料の噴射を停止する。

【００２１】燃料の噴霧は燃料噴射ノズル２０の噴口３
５から、図１に示すピストン１２の頂面に形成されてい
る主燃焼室２１とシリンダヘッド１５の下面に形成され
ている副燃焼室２２とに向けて噴射されるようになる。
そしてこの燃料の噴霧は、圧縮された吸気の熱によって
自然着火され、シリンダ１１内で燃焼が起り、ピストン
１２が下方へ押され、エンジンの出力が取出されるよう
になる。そしてこの後に排気弁１９が開かれ、排気ポー
ト１７を通して排気ガスが排出されるようになる。

【００２２】上記ピストン１２の頂部に形成されている
主燃焼室２１はほぼ球状をなす比較的小さな燃焼室であ
って、しかもその入口部分が絞られた形状になってい
る。そしてこの主燃焼室に対向するように、シリンダヘ
ッド１５の下面には副燃焼室２２が形成されている。こ
の副燃焼室２２はピストン１２が上死点に達したときに
主燃焼室２１とほぼ対称になるような大きさおよび形状
を有しており、球状であって入口部分が絞られた形状に
なっている。

【００２３】上記燃料噴射ノズル２０によって燃料が噴
射される主燃焼室２１および副燃焼室２２はそれぞれピ
ストン１２の頂面とシリンダヘッド１５の下面に形成さ
れている。そしてピストン１２が上死点に至ったときに
は、図１に示すように主燃焼室２１と副燃焼室２２とが
ほぼ対称になるように配されている。しかもこれらの燃
焼室２１、２２の入口部分は奥の部分よりも絞られてお
り、衝突燃焼部を構成するようになっている。

【００２４】従って燃料噴射ノズル２０から上述の如く
燃料の噴霧が図１に示すように噴射されると、この燃料
の噴霧は主燃焼室２１および副燃焼室２２の底部の壁面
に当るとともに、着火によって生じた火炎がこれらの燃
焼室２１、２２内を出口側に向って広がる。すなわちこ
のときには既に拡散燃焼過程になっている。火炎は燃焼
室２１、２２の出口部分に達したときに大きな運動エネ
ルギを有している。

【００２５】そして下側の主燃焼室２１からの火炎と上
側の副燃焼室２２からの火炎とが、これらの燃焼室２
１、２２の出口部分において空気および燃焼ガスを伴っ
て衝突することになる。すなわち主燃焼室２１と副燃焼
室２２の出口部分が衝突燃焼部を構成し、この部分にお
いて空気と燃焼ガスの衝突をより活発化する。この結果
拡散燃焼後期においてさらに燃焼が活発になる。このこ
とは未燃のままで残存する燃料噴霧の油滴による黒煙や
パティキュレートの発生を抑制することになる。

【００２６】このように燃料噴射ノズル２０をシリンダ
ヘッド１５にほぼ水平に近い角度で斜めに取付け、ピス
トン１２の主燃焼室２１とシリンダヘッド１５の副燃焼
室２２とに燃料を噴射することによって、ディーゼルエ
ンジンの燃焼であってとくに燃焼後期の拡散燃焼を燃焼
室内の空気や燃焼ガスの衝突によって活発化し、黒煙お
よびパティキュレートの低減を図ることが可能になる。
これによってディーゼルエンシンの排ガス対策が容易に
なる利点をもたらす。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、ピストンの頂部
に臨んで開口するほぼ球状の主燃焼室を該ピストンに形
成するとともに、該主燃焼室の入口部分を絞って衝突燃
焼部を形成し、ピストンが上死点に至ったときにシリン
ダとシリンダヘッドとの接合面に対して主燃焼室とシリ
ンダの軸線方向においてほぼ対称に対向するようにほぼ
球状の副燃焼室をシリンダヘッドに形成するとともに、
該副燃焼室の入口部分を絞って衝突燃焼部を形成し、先
端部が主燃焼室の入口部分と副燃焼室の入口部分とに臨
むようにシリンダの軸線と直角に近い角度で燃料噴射ノ
ズルをシリンダヘッドに取付け、燃料噴射ノズルによっ
て主燃焼室の最奥部の壁面と副燃焼室の最奥部の壁面と
にそれぞれ直角に近い角度で直接衝突するように燃料を
噴射するとともに、前記主燃焼室および前記副燃焼室で
生じた火炎による燃焼ガスが前記主燃焼室および前記副
燃焼室の入口部分の衝突燃焼部において衝突して燃焼を
活発化させるようにしたものである。従ってシリンダヘ
ッドに取付けた燃料噴射ノズルによって主燃焼室の最奥
部の壁面と副燃焼室の最奥部の壁面とにそれぞれ直角に
近い角度で噴射された燃料の噴霧によって主燃焼室内と
副燃焼室内においてそれぞれ生じた火炎が、これらの燃
焼室の入口部分を絞って形成されている衝突燃焼部にお
いて激しくぶつかり合うようにして拡散することにな
る。よってとくに燃焼後期の拡散燃焼を主燃焼室と副燃
焼室の空気や燃焼ガスの衝突によって活発化することが
可能になり、燃焼の改善が図られる。よって排気ガス中
における黒煙およびパティキュレートの大幅な低減を図
ることが可能になり、厳しい排ガス規制に対する対応が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る直噴型ディーゼルエン
ジンの要部縦断面図である。

【図２】燃料噴射ノズルの縦断面図である。

【図３】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ シリンダ １２ ピストン １３ ピストンピン １４ コンロッド １５ シリンダヘッド １６ 吸気ポート １７ 排気ポート １８ 吸気バルブ １９ 排気バルブ ２０ 燃料噴射ノズル ２１ 主燃焼室 ２２ 副燃焼室 ２４ 噴射管 ２５ 燃料噴射ポンプ ２６ ポンプユニット ２７ メカニカルガバナ ２８ コントロールラック ２９ カムシャフト ３０ カム ３１ タイマ ３４ ノズル本体 ３５ 噴口 ３６ リテーナ ３７ ノズルホルダ ３８ ノズルニードル ３９ 押圧ロッド ４０ ばね ４１ バルブシート ４２、４３ 燃料通路 ４４ ばね受け ４５ 調整ねじ ４６ 雌ねじ ４７ キャップ ４８ 突部 ４９ 雄ねじ ５０ 接続用ナット ５１ 燃料だめ ５４ プランジャ ５５ タペット ５６ コイルばね ５７ バレル ５８ スピルポート ５９ 傾斜溝 ６０ ピニオン ６１ コントロールスリーブ ６２ 切欠き ６３ 係合板 ６４ デリベリバルブ ６５ ケーシング ６６ バルブシート ６７ コイルばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂森 政 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 孝幸 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (72)発明者 藤井 恒介 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (72)発明者 遠藤 真 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−214216（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−33221（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−54725（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射ノズルによって燃料を噴射し、自
   然着火によって燃焼させるようにしたディーゼルエンジ
   ンにおいて、 ピストンの頂部に臨んで開口するほぼ球状の主燃焼室を
   前記ピストンに形成するとともに、該主燃焼室の入口部
   分を絞って衝突燃焼部を形成し、 前記ピストンが上死点に至ったときにシリンダとシリン
   ダヘッドとの接合面に対して前記主燃焼室とシリンダの
   軸線方向においてほぼ対称に対向するようにほぼ球状の
   副燃焼室をシリンダヘッドに形成するとともに、該副燃
   焼室の入口部分を絞って衝突燃焼部を形成し、 先端部が前記主燃焼室の入口部分と前記副燃焼室の入口
   部分とに臨むようにシリンダの軸線と直角に近い角度で
   前記燃料噴射ノズルを前記シリンダヘッドに取付け、 前記燃料噴射ノズルによって前記主燃焼室の最奥部の壁
   面と前記副燃焼室の最奥部の壁面とにそれぞれ直角に近
   い角度で直接衝突するように燃料を噴射するとともに、
   前記主燃焼室および前記副燃焼室で生じた火炎による燃
   焼ガスが前記主燃焼室および前記副燃焼室の入口部分の
   衝突燃焼部において衝突して燃焼を活発化させるように
   したことを特徴とするディーゼルエンジン。