JP3315484B2 - ディ−ゼル機関 - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、初期燃焼を燃料過濃な
状態で行わせると共に、撹乱、つまり強い空気流動を与
えることによって後期燃焼を活発化して、ＮＯｘ及びス
モ−クを低減するデイ−ゼル機関に関するものである。
状態で行わせると共に、撹乱、つまり強い空気流動を与
えることによって後期燃焼を活発化して、ＮＯｘ及びス
モ−クを低減するデイ−ゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディ−ゼル機関の燃焼は、ピストンによ
って圧縮された高温、高圧のシリンダ（燃焼室）内空気
に燃料噴射ノズルから燃料が噴射供給され、所定時間
（着火遅れ）後に、噴射された燃料が着火して燃焼が開
始され（初期燃焼）、その後続けて供給される燃料に火
炎が伝播する（後期燃焼）ことによって行われる。そし
て、従来一般的なディ−ゼル機関においては、前記初期
燃焼における熱発生率が、前記後期燃焼における熱発生
率を遥かに上回るものである。
って圧縮された高温、高圧のシリンダ（燃焼室）内空気
に燃料噴射ノズルから燃料が噴射供給され、所定時間
（着火遅れ）後に、噴射された燃料が着火して燃焼が開
始され（初期燃焼）、その後続けて供給される燃料に火
炎が伝播する（後期燃焼）ことによって行われる。そし
て、従来一般的なディ−ゼル機関においては、前記初期
燃焼における熱発生率が、前記後期燃焼における熱発生
率を遥かに上回るものである。
【０００３】ところで、排気ガス中の有害成分であるＮ
Ｏｘの生成は、燃焼場の温度に強く依存することが知ら
れており、前記初期燃焼の割合が大きいと、熱発生率が
過大となり、シリンダ内温度が上昇して空気中の窒素と
酸素の結合反応が盛んとなりＮＯｘ生成量が増大する。
またＮＯｘの生成は、燃料と空気の割合である当量比に
も強く依存し、当量比λ＝１（空気量が理論空気量と等
しい状態）近傍の燃焼でＮＯｘ生成量が増大することも
周知である。
Ｏｘの生成は、燃焼場の温度に強く依存することが知ら
れており、前記初期燃焼の割合が大きいと、熱発生率が
過大となり、シリンダ内温度が上昇して空気中の窒素と
酸素の結合反応が盛んとなりＮＯｘ生成量が増大する。
またＮＯｘの生成は、燃料と空気の割合である当量比に
も強く依存し、当量比λ＝１（空気量が理論空気量と等
しい状態）近傍の燃焼でＮＯｘ生成量が増大することも
周知である。
【０００４】また、ＮＯｘと同様に有害なスモ−クは、
前記初期燃焼の段階で燃焼しきれなかった燃料が、微粒
子となって残留することで発生し、前記初期燃焼が充分
行われないと、微粒子の生成量は増加することになり、
スモ−ク排出量が増大する。
前記初期燃焼の段階で燃焼しきれなかった燃料が、微粒
子となって残留することで発生し、前記初期燃焼が充分
行われないと、微粒子の生成量は増加することになり、
スモ−ク排出量が増大する。
【０００５】上記のように、初期燃焼割合が大きいとＮ
Ｏｘ生成量が増大し、初期燃焼が充分行われないとスモ
−ク排出量が増大するというトレ−ドオフの関係にあ
る。
Ｏｘ生成量が増大し、初期燃焼が充分行われないとスモ
−ク排出量が増大するというトレ−ドオフの関係にあ
る。
【０００６】ここで、スモ−クについてその発生過程を
更に検討すると、前記初期燃焼に続く後期燃焼が充分に
活発であれば、初期燃焼の段階で生成される微粒子が多
量であっても、後期燃焼時に該微粒子が再燃焼されてス
モ−クの排出量は抑制される。即ち、初期燃焼を比較的
不良な状態で燃焼させることでＮＯｘの生成を抑制し、
初期燃焼を不良としたことによって増加する微粒子を、
後期燃焼を活発にすることで再燃焼してスモ−クの排出
量をも抑制することが可能になる。
更に検討すると、前記初期燃焼に続く後期燃焼が充分に
活発であれば、初期燃焼の段階で生成される微粒子が多
量であっても、後期燃焼時に該微粒子が再燃焼されてス
モ−クの排出量は抑制される。即ち、初期燃焼を比較的
不良な状態で燃焼させることでＮＯｘの生成を抑制し、
初期燃焼を不良としたことによって増加する微粒子を、
後期燃焼を活発にすることで再燃焼してスモ−クの排出
量をも抑制することが可能になる。
【０００７】そこで従来より、後期燃焼を活発にする手
段として、例えば図６に示すように、ピストン１０３の
頂面に燃焼室１０４を形成し、該燃焼室１０４に臨ませ
て燃料噴射ノズル１０５をシリンダヘッド１０２に取り
付けると共に、シリンダ内と小径の連通孔１０６で連通
された副室１０７を備えてなる構成のディ−ゼル機関１
０１（いわゆる空気室式機関）が知られている。
段として、例えば図６に示すように、ピストン１０３の
頂面に燃焼室１０４を形成し、該燃焼室１０４に臨ませ
て燃料噴射ノズル１０５をシリンダヘッド１０２に取り
付けると共に、シリンダ内と小径の連通孔１０６で連通
された副室１０７を備えてなる構成のディ−ゼル機関１
０１（いわゆる空気室式機関）が知られている。
【０００８】図６に示すディ−ゼル機関１０１は、ピス
トン１０３の圧縮工程において前記副室１０７に空気を
蓄えた後、後期燃焼を含む膨張工程において、ピストン
１０３の下降に伴いシリンダ内圧力が前記副室１０７内
圧力を下回ることを利用して、シリンダ内に前記副室１
０７内に蓄えられた空気を噴出するように作用させて、
もってシリンダ内における後期燃焼を撹乱し、残存空気
との混合を活発化して、初期燃焼時に生成された微粒子
の燃焼を促進するものである。
トン１０３の圧縮工程において前記副室１０７に空気を
蓄えた後、後期燃焼を含む膨張工程において、ピストン
１０３の下降に伴いシリンダ内圧力が前記副室１０７内
圧力を下回ることを利用して、シリンダ内に前記副室１
０７内に蓄えられた空気を噴出するように作用させて、
もってシリンダ内における後期燃焼を撹乱し、残存空気
との混合を活発化して、初期燃焼時に生成された微粒子
の燃焼を促進するものである。
【０００９】また、図７に示すように、ピストン２０３
の頂面に燃焼室２０４を形成し、該燃焼室２０４に臨ま
せて燃料噴射ノズル２０５をシリンダヘッド２０２に取
り付けると共に、シリンダ内と小径の連通孔２０６で連
通された副室２０７を備え、該副室２０７内に、副室内
の空気を前記シリンダ内に噴出するためのピストン２０
８、及び前記ピストン２０３の位置と同期して該ピスト
ン２０８を駆動するカム２０９、リタ−ンスプリング２
１０等からなるピストン駆動手段を備えてなるディ−ゼ
ル機関２０１（空気噴射式機関）も提案されている。
の頂面に燃焼室２０４を形成し、該燃焼室２０４に臨ま
せて燃料噴射ノズル２０５をシリンダヘッド２０２に取
り付けると共に、シリンダ内と小径の連通孔２０６で連
通された副室２０７を備え、該副室２０７内に、副室内
の空気を前記シリンダ内に噴出するためのピストン２０
８、及び前記ピストン２０３の位置と同期して該ピスト
ン２０８を駆動するカム２０９、リタ−ンスプリング２
１０等からなるピストン駆動手段を備えてなるディ−ゼ
ル機関２０１（空気噴射式機関）も提案されている。
【００１０】図７に示すディ−ゼル機関２０１は、副室
２０７内に設けられたピストン２０８が、後期燃焼時
に、前記副室２０７内の空気をシリンダ内に噴出し、も
って図６のディ−ゼル機関と同様な作用を行うものであ
る。
２０７内に設けられたピストン２０８が、後期燃焼時
に、前記副室２０７内の空気をシリンダ内に噴出し、も
って図６のディ−ゼル機関と同様な作用を行うものであ
る。
【００１１】そして、本発明者らもまた、後期燃焼を活
発にすることを目的として、先に「圧縮着火機関の後噴
射燃焼による排気浄化方法」（特開平２−２７１１７
号）を提案した。
発にすることを目的として、先に「圧縮着火機関の後噴
射燃焼による排気浄化方法」（特開平２−２７１１７
号）を提案した。
【００１２】特開平２−２７１１７号に示すディ−ゼル
機関は、ピストン頂面に形成された燃焼室に臨ませて、
主燃料噴射ノズルがシリンダヘッドに取り付けられてお
り、該シリンダヘッドにはまた、シリンダ内に連通する
副室を形成すると共に、該副室に臨ませて副燃料噴射ノ
ズルを取り付け、前記主燃料噴射ノズルからの燃料噴射
後に、前記副室内に前記副燃料噴射ノズルより少量の燃
料噴射を行って燃焼させ、前記副室からシリンダ内に高
圧の燃焼ガスを噴出させることで、後期燃焼を撹乱して
スモ−クの低減を図るものである。
機関は、ピストン頂面に形成された燃焼室に臨ませて、
主燃料噴射ノズルがシリンダヘッドに取り付けられてお
り、該シリンダヘッドにはまた、シリンダ内に連通する
副室を形成すると共に、該副室に臨ませて副燃料噴射ノ
ズルを取り付け、前記主燃料噴射ノズルからの燃料噴射
後に、前記副室内に前記副燃料噴射ノズルより少量の燃
料噴射を行って燃焼させ、前記副室からシリンダ内に高
圧の燃焼ガスを噴出させることで、後期燃焼を撹乱して
スモ−クの低減を図るものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、初期燃
焼を適度に抑制してシリンダ内温度の上昇を抑える手段
と、上記図６、図７ないしは前記特開平２−２７１１７
号に記載されたディ−ゼル機関の如く、後期の燃焼場に
撹乱流を導入して後期燃焼を活発化する手段とを併用す
ることで、ＮＯｘの生成を抑制しつつ、スモ−ク排出量
の低減をも図ることができると考え、上記特開平２−２
７１１７号に示すディ−ゼル機関において更に、主燃料
噴射のタイミングリタ−ドや、ＥＧＲを併用することに
よって初期燃焼を緩和して、スモ−クの低減のみならず
ＮＯｘの低減をも同時に行うことを試みた。
焼を適度に抑制してシリンダ内温度の上昇を抑える手段
と、上記図６、図７ないしは前記特開平２−２７１１７
号に記載されたディ−ゼル機関の如く、後期の燃焼場に
撹乱流を導入して後期燃焼を活発化する手段とを併用す
ることで、ＮＯｘの生成を抑制しつつ、スモ−ク排出量
の低減をも図ることができると考え、上記特開平２−２
７１１７号に示すディ−ゼル機関において更に、主燃料
噴射のタイミングリタ−ドや、ＥＧＲを併用することに
よって初期燃焼を緩和して、スモ−クの低減のみならず
ＮＯｘの低減をも同時に行うことを試みた。
【００１４】しかしながら、タイミングリタ−ドの併用
によれば、ＮＯｘ、スモ−ク共にかなりの低減効果が得
られるものの燃費の悪化を伴い、その低減レベルにも限
界があることが判明し、またＥＧＲを併用するものは、
大幅なＮＯｘ低減効果が得られるものの、若干ながらス
モ−クが悪化する上に、ＥＧＲガス中のＳＯｘなどによ
り、シリンダ内が腐食されるなどの新たな問題を生じて
しまうことが確認された。
によれば、ＮＯｘ、スモ−ク共にかなりの低減効果が得
られるものの燃費の悪化を伴い、その低減レベルにも限
界があることが判明し、またＥＧＲを併用するものは、
大幅なＮＯｘ低減効果が得られるものの、若干ながらス
モ−クが悪化する上に、ＥＧＲガス中のＳＯｘなどによ
り、シリンダ内が腐食されるなどの新たな問題を生じて
しまうことが確認された。
【００１５】従って本発明の目的は、上記のような欠点
を伴うことのない初期燃焼のＮＯｘ低減手段と、後期燃
焼の撹乱手段とを組み合わせることにある。つまり本発
明は、前記ＮＯｘの生成メカニズムに着目して、初期燃
焼を燃料過濃な混合気状態で行うと共に、後期燃焼を活
発化するべく燃焼を制御して、スモ−ク及びＮＯｘの同
時低減が可能なディ−ゼル機関を提供するものである。
を伴うことのない初期燃焼のＮＯｘ低減手段と、後期燃
焼の撹乱手段とを組み合わせることにある。つまり本発
明は、前記ＮＯｘの生成メカニズムに着目して、初期燃
焼を燃料過濃な混合気状態で行うと共に、後期燃焼を活
発化するべく燃焼を制御して、スモ−ク及びＮＯｘの同
時低減が可能なディ−ゼル機関を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ピストンの頂面を窪ませて形成された燃
焼室と、該燃焼室に臨ませて設けられた燃料噴射ノズル
と、シリンダ内に連通された副室とを備え、前記燃焼室
における燃焼の後期に、前記副室からシリンダ内圧力よ
りも高圧のガスをシリンダ内に噴出して、後期燃焼を撹
乱するように構成されたディ−ゼル機関において、前記
ピストンが圧縮上死点近傍に位置する際に、圧縮空気の
一部を貯留する空気溜りを設けるものである。
に、本発明は、ピストンの頂面を窪ませて形成された燃
焼室と、該燃焼室に臨ませて設けられた燃料噴射ノズル
と、シリンダ内に連通された副室とを備え、前記燃焼室
における燃焼の後期に、前記副室からシリンダ内圧力よ
りも高圧のガスをシリンダ内に噴出して、後期燃焼を撹
乱するように構成されたディ−ゼル機関において、前記
ピストンが圧縮上死点近傍に位置する際に、圧縮空気の
一部を貯留する空気溜りを設けるものである。
【００１７】
【作用】本発明のディ−ゼル機関によれば、ピストン頂
面を窪ませて形成される燃焼室の他に、圧縮空気の一部
を貯留する空気溜りを設けるため、空気溜りを設けない
場合のディ−ゼル機関の燃焼室と比較して、同一圧縮比
ならば空気溜りを設けた分だけ燃焼室の容積が小さく形
成される。そしてこの小容積の燃焼室に対し燃料噴射ノ
ズルより燃料が噴射供給されるため、燃焼室内の空気量
が燃料量に対して少なくなり、即ち当量比が小さい値と
なり、燃料過濃状態で初期燃焼が行われるため、ＮＯｘ
の生成が抑制される。
面を窪ませて形成される燃焼室の他に、圧縮空気の一部
を貯留する空気溜りを設けるため、空気溜りを設けない
場合のディ−ゼル機関の燃焼室と比較して、同一圧縮比
ならば空気溜りを設けた分だけ燃焼室の容積が小さく形
成される。そしてこの小容積の燃焼室に対し燃料噴射ノ
ズルより燃料が噴射供給されるため、燃焼室内の空気量
が燃料量に対して少なくなり、即ち当量比が小さい値と
なり、燃料過濃状態で初期燃焼が行われるため、ＮＯｘ
の生成が抑制される。
【００１８】そして、燃焼後期においては、ピストンの
下降に伴い、燃焼室から燃焼ガスが流出し、空気溜りに
貯留された空気を導入しながら燃焼し、未燃燃料や初期
燃焼時に発生した微粒子（スモ−ク）が燃焼させられる
が、この時シリンダ内に連通された副室からシリンダ内
圧力よりも高圧のガスをシリンダ内に噴出して後期燃焼
を撹乱し、空気溜りに貯留された空気との混合作用を更
に活発化するため、未燃燃料や微粒子の燃焼が速やか
に、かつほぼ完全に行われる。
下降に伴い、燃焼室から燃焼ガスが流出し、空気溜りに
貯留された空気を導入しながら燃焼し、未燃燃料や初期
燃焼時に発生した微粒子（スモ−ク）が燃焼させられる
が、この時シリンダ内に連通された副室からシリンダ内
圧力よりも高圧のガスをシリンダ内に噴出して後期燃焼
を撹乱し、空気溜りに貯留された空気との混合作用を更
に活発化するため、未燃燃料や微粒子の燃焼が速やか
に、かつほぼ完全に行われる。
【００１９】
【実施例】本発明を、実施例及び実施例の試験結果によ
って更に詳しく説明する。
って更に詳しく説明する。
【００２０】図１は、排気量６９３cc、無過給、単気筒
の４サイクル直接噴射式ディ−ゼル機関を供試機関とし
て、本発明を適用したディ−ゼル機関１の部分断面図
で、ピストン３の頂面には、頂面を窪ませて形成された
燃焼室４と、該燃焼室４を取り囲むように該燃焼室４の
周囲のピストン３頂面を環状に窪ませて形成された空気
溜り５が設けられており、前記燃焼室４に臨ませて、公
知のホ−ル型の１０個の噴孔を有する主燃料噴射ノズル
６がシリンダヘッド２に取り付けられている。そして該
主燃料噴射ノズル６は公知の燃料噴射ポンプ（図示せ
ず）に接続されている。
の４サイクル直接噴射式ディ−ゼル機関を供試機関とし
て、本発明を適用したディ−ゼル機関１の部分断面図
で、ピストン３の頂面には、頂面を窪ませて形成された
燃焼室４と、該燃焼室４を取り囲むように該燃焼室４の
周囲のピストン３頂面を環状に窪ませて形成された空気
溜り５が設けられており、前記燃焼室４に臨ませて、公
知のホ−ル型の１０個の噴孔を有する主燃料噴射ノズル
６がシリンダヘッド２に取り付けられている。そして該
主燃料噴射ノズル６は公知の燃料噴射ポンプ（図示せ
ず）に接続されている。
【００２１】また、本実施例では、後期燃焼を撹乱する
手段として、シリンダヘッド２に、シリンダ内に開口す
る小径の連通孔７を介して副室８を形成すると共に、該
副室８に臨ませて公知の単噴孔燃料噴射ノズル（副燃料
噴射ノズル）９を取り付け、前記主燃料噴射ノズル６か
らの燃料噴射後に、前記副室８内に前記副燃料噴射ノズ
ル９より少量の燃料噴射を行って燃焼させ、前記副室８
からシリンダ内に高圧の燃焼ガスを噴出させるように構
成している。そして前記副燃料噴射ノズル９もまた、公
知の燃料噴射ポンプ（図示せず）に接続されている。
手段として、シリンダヘッド２に、シリンダ内に開口す
る小径の連通孔７を介して副室８を形成すると共に、該
副室８に臨ませて公知の単噴孔燃料噴射ノズル（副燃料
噴射ノズル）９を取り付け、前記主燃料噴射ノズル６か
らの燃料噴射後に、前記副室８内に前記副燃料噴射ノズ
ル９より少量の燃料噴射を行って燃焼させ、前記副室８
からシリンダ内に高圧の燃焼ガスを噴出させるように構
成している。そして前記副燃料噴射ノズル９もまた、公
知の燃料噴射ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００２２】以上の構成を更に詳しく説明するならば、
前記燃焼室４の容積と前記空気溜り５の容積との比がお
よそ２：１となるように構成され、また、前記副室８の
容積は、ピストン３が上死点にある際の全燃焼室容積
（燃焼室、空気溜り、及び副室の容積の総和）のおよそ
５．５％に設定されている。
前記燃焼室４の容積と前記空気溜り５の容積との比がお
よそ２：１となるように構成され、また、前記副室８の
容積は、ピストン３が上死点にある際の全燃焼室容積
（燃焼室、空気溜り、及び副室の容積の総和）のおよそ
５．５％に設定されている。
【００２３】デイ−ゼル機関１の作動を、図２、図３を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００２４】図２に示すように、ピストン３が圧縮上死
点付近に到達すると、主燃料噴射ノズル６より燃焼室４
内にのみ燃料ｑが噴射供給されるが、該燃焼室４の容積
は、空気溜り５を有していない従来のディ−ゼル機関の
燃焼室容積に比して、およそ２／３程度に設定されてい
るため、燃焼室４内の空気量は少なく、燃焼室４内には
燃料過濃な混合気が形成される。
点付近に到達すると、主燃料噴射ノズル６より燃焼室４
内にのみ燃料ｑが噴射供給されるが、該燃焼室４の容積
は、空気溜り５を有していない従来のディ−ゼル機関の
燃焼室容積に比して、およそ２／３程度に設定されてい
るため、燃焼室４内の空気量は少なく、燃焼室４内には
燃料過濃な混合気が形成される。
【００２５】このような状態で燃料が着火するので、初
期の燃焼は燃料過濃雰囲気の中で進行することになり、
ＮＯｘの生成が抑制される。
期の燃焼は燃料過濃雰囲気の中で進行することになり、
ＮＯｘの生成が抑制される。
【００２６】次に図３に示すように、燃焼が後期燃焼に
移行するときには、ピストン３が下降し始め、燃焼室４
内の燃焼ガスが、矢印Ｇで示す如く、シリンダヘッド２
とピストン３との間の空間に流出し、空気溜り５に蓄え
られた空気を矢印ｓのように導入（混合）しながら燃焼
し、未燃燃料や初期燃焼時に発生した微粒子（スモ−
ク）が再燃焼される。
移行するときには、ピストン３が下降し始め、燃焼室４
内の燃焼ガスが、矢印Ｇで示す如く、シリンダヘッド２
とピストン３との間の空間に流出し、空気溜り５に蓄え
られた空気を矢印ｓのように導入（混合）しながら燃焼
し、未燃燃料や初期燃焼時に発生した微粒子（スモ−
ク）が再燃焼される。
【００２７】この時、副燃料噴射ノズル９より副室８に
少量の燃料が噴射供給され、該副室８内で着火、燃焼が
起き、そのため副室８内の圧力が高められ、連通孔７か
ら副室８内の燃焼ガスｇがシリンダ内に噴出し、前記し
た後期燃焼が撹乱され、矢印ｓで示す空気の導入、及び
燃焼がいっそう活発に行われ、未燃燃料や微粒子（スモ
−ク）が速やかに、かつほぼ完全に燃焼される。
少量の燃料が噴射供給され、該副室８内で着火、燃焼が
起き、そのため副室８内の圧力が高められ、連通孔７か
ら副室８内の燃焼ガスｇがシリンダ内に噴出し、前記し
た後期燃焼が撹乱され、矢印ｓで示す空気の導入、及び
燃焼がいっそう活発に行われ、未燃燃料や微粒子（スモ
−ク）が速やかに、かつほぼ完全に燃焼される。
【００２８】ここで、本発明を適用したディ−ゼル機関
１の試験結果を図４にプロット□で示す。この試験は、
機関回転数を１４４０ｒｐｍ、全体の空気過剰率を１．
５とし、副燃料噴射ノズル９の噴射量を主燃料噴射ノズ
ル６の噴射量の１０％、噴射タイミングを上死点後１５
°で一定とした時に、前記主燃料噴射ノズル６の噴射タ
イミングを上死点前１２°から上死点まで変化させて行
った。
１の試験結果を図４にプロット□で示す。この試験は、
機関回転数を１４４０ｒｐｍ、全体の空気過剰率を１．
５とし、副燃料噴射ノズル９の噴射量を主燃料噴射ノズ
ル６の噴射量の１０％、噴射タイミングを上死点後１５
°で一定とした時に、前記主燃料噴射ノズル６の噴射タ
イミングを上死点前１２°から上死点まで変化させて行
った。
【００２９】また、比較例として、ベ−ス機関（副室
８、副燃料噴射ノズル９、及び空気溜り５のいずれも持
たない機関）、及び空気溜り５を備えたピストン３を単
独で用いた機関（副室８、副燃料噴射ノズル９を持たな
い機関）による同一試験の結果を、それぞれ、プロット
●、プロット■で示す。
８、副燃料噴射ノズル９、及び空気溜り５のいずれも持
たない機関）、及び空気溜り５を備えたピストン３を単
独で用いた機関（副室８、副燃料噴射ノズル９を持たな
い機関）による同一試験の結果を、それぞれ、プロット
●、プロット■で示す。
【００３０】ピストン３を単独で用いた場合には、ベ−
ス機関と比較してＮＯｘの排出量が大幅に低減するもの
の、スモ−クの排出量が著しく増加し、燃費も若干悪化
していることがわかる。これは、ピストン３を単独で用
いるだけでは、後期燃焼時における空気溜り５の空気導
入が充分でないことによるものである。
ス機関と比較してＮＯｘの排出量が大幅に低減するもの
の、スモ−クの排出量が著しく増加し、燃費も若干悪化
していることがわかる。これは、ピストン３を単独で用
いるだけでは、後期燃焼時における空気溜り５の空気導
入が充分でないことによるものである。
【００３１】これに対して、本実施例のディ−ゼル機関
１は、ピストン３を単独で用いた場合とほぼ同等のＮＯ
ｘ低減効果が維持されたまま、スモ−クはベ−ス機関以
下とすることが可能であり、燃費に関してもベ−ス機関
と同等であることが確認された。このことから、ピスト
ン３を用いると同時に、副室８により後期燃焼を撹乱す
ることで、後期燃焼時における空気溜り５の空気との混
合が充分に行われるものと考えられる。
１は、ピストン３を単独で用いた場合とほぼ同等のＮＯ
ｘ低減効果が維持されたまま、スモ−クはベ−ス機関以
下とすることが可能であり、燃費に関してもベ−ス機関
と同等であることが確認された。このことから、ピスト
ン３を用いると同時に、副室８により後期燃焼を撹乱す
ることで、後期燃焼時における空気溜り５の空気との混
合が充分に行われるものと考えられる。
【００３２】図５に、本実施例の前記試験のうち、主燃
料噴射ノズル６の噴射タイミングを上死点前５°に設定
した際の熱発生率（ＲＯＨＲ）及びシリンダ内圧力（Ｐ
ｒｅｓｓ）を測定した結果を示す。
料噴射ノズル６の噴射タイミングを上死点前５°に設定
した際の熱発生率（ＲＯＨＲ）及びシリンダ内圧力（Ｐ
ｒｅｓｓ）を測定した結果を示す。
【００３３】図５から、本実施例では初期燃焼による熱
発生率が高く、燃焼も早期に終了していることがわか
る。初期燃焼による熱発生率が高いにもかかわらずＮＯ
ｘが低減している（図４）ことからして、燃料過濃な混
合気の形成がＮＯｘ生成を抑制したものと判断される。
即ち、初期燃焼を抑制して熱発生率を低く抑える（シリ
ンダ内温度の上昇を抑制する）ことなしに、燃料過濃な
混合気を形成することでＮＯｘ生成を抑制可能であると
いうことである。
発生率が高く、燃焼も早期に終了していることがわか
る。初期燃焼による熱発生率が高いにもかかわらずＮＯ
ｘが低減している（図４）ことからして、燃料過濃な混
合気の形成がＮＯｘ生成を抑制したものと判断される。
即ち、初期燃焼を抑制して熱発生率を低く抑える（シリ
ンダ内温度の上昇を抑制する）ことなしに、燃料過濃な
混合気を形成することでＮＯｘ生成を抑制可能であると
いうことである。
【００３４】このことは、高い等容度を保ったまま、燃
料と空気との当量比を制御することでＮＯｘを低減でき
ることを意味しており、本発明が、ディ−ゼル機関の熱
効率を損なうことなく、排気改善に対して高い効果を持
つものといえる。
料と空気との当量比を制御することでＮＯｘを低減でき
ることを意味しており、本発明が、ディ−ゼル機関の熱
効率を損なうことなく、排気改善に対して高い効果を持
つものといえる。
【００３５】以上、本発明を実施例及び実施例の試験結
果によって説明してきたが、本発明は前記実施例に限定
されるものではなく、例えば燃焼室４及び空気溜り５の
形状や容積の比率は、本発明を適用しようとする機関に
応じて種々の形状や比率が考えられる。また、実施例で
はピストン３に空気溜り５を形成したが、シリンダヘッ
ド２側に凹所を形成し、空気溜りとしてもよい。
果によって説明してきたが、本発明は前記実施例に限定
されるものではなく、例えば燃焼室４及び空気溜り５の
形状や容積の比率は、本発明を適用しようとする機関に
応じて種々の形状や比率が考えられる。また、実施例で
はピストン３に空気溜り５を形成したが、シリンダヘッ
ド２側に凹所を形成し、空気溜りとしてもよい。
【００３６】そしてまた、後期燃焼を撹乱する手段とし
ての副室８及び副燃料噴射ノズル９も、例えば図６、図
７に示すような構成のものが種々適用可能なことはもち
ろんである。
ての副室８及び副燃料噴射ノズル９も、例えば図６、図
７に示すような構成のものが種々適用可能なことはもち
ろんである。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、以下の効果
を奏するものである。
を奏するものである。
【００３８】即ち、燃焼室の他に空気溜りを設けたた
め、燃焼室の容積が小さくなり、燃焼室における初期燃
焼を燃料過濃な雰囲気下で行うことが可能となり、初期
燃焼による高い熱発生率を維持したまま（高い熱効率を
損なうことなく）、ＮＯｘを低減することが可能である
と共に、後期燃焼時には、燃焼室より該燃焼室外に流出
する燃焼ガスが、前記空気溜りに蓄えられた空気と混合
しつつ燃焼し、更にこの混合、燃焼作用が、副室からシ
リンダ内に噴出される高圧のガスにより撹乱されて助長
されるため、後期燃焼が非常に活発になり、未燃燃料や
微粒子（スモ−ク）の燃焼が速やかに、かつほぼ完全に
行われる。
め、燃焼室の容積が小さくなり、燃焼室における初期燃
焼を燃料過濃な雰囲気下で行うことが可能となり、初期
燃焼による高い熱発生率を維持したまま（高い熱効率を
損なうことなく）、ＮＯｘを低減することが可能である
と共に、後期燃焼時には、燃焼室より該燃焼室外に流出
する燃焼ガスが、前記空気溜りに蓄えられた空気と混合
しつつ燃焼し、更にこの混合、燃焼作用が、副室からシ
リンダ内に噴出される高圧のガスにより撹乱されて助長
されるため、後期燃焼が非常に活発になり、未燃燃料や
微粒子（スモ−ク）の燃焼が速やかに、かつほぼ完全に
行われる。
【００３９】よって本発明のディ−ゼル機関は、スモ−
ク、ＮＯｘ、燃費の３者を同時に低減する、というすぐ
れた効果を有する。
ク、ＮＯｘ、燃費の３者を同時に低減する、というすぐ
れた効果を有する。
【図１】本発明に係るディ−ゼル機関の一部断面図であ
る。
る。
【図２】本発明に係るディ−ゼル機関の作動を表す一部
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明に係るディ−ゼル機関の作動を表す一部
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明に係るディ−ゼル機関の、スモ−ク排出
量、ＮＯｘ排出量、及び燃費を表す図である。
量、ＮＯｘ排出量、及び燃費を表す図である。
【図５】本発明に係るディ−ゼル機関の熱発生率及びシ
リンダ内圧力を表す図である。
リンダ内圧力を表す図である。
【図６】公知の空気室式機関を表す一部断面図である。
【図７】公知の空気噴射式機関を表す一部断面図であ
る。
る。
１ 本発明を適用したディ−ゼル機関 ２ シリンダヘッド ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 空気溜り ６ 主燃料噴射ノズル ７ 連通孔 ８ 副室 ９ 副燃料噴射ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｖ (73)特許権者 000000170 いすゞ自動車株式会社 東京都品川区南大井６丁目26番１号 (72)発明者 村山 正 北海道札幌市北区北13条西８丁目 北海 道大学工学部内 (72)発明者 近久 武美 北海道札幌市北区北13条西８丁目 北海 道大学工学部内 (72)発明者 金野 満 北海道札幌市北区北13条西８丁目 北海 道大学工学部内 (72)発明者 武内 公一 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 西村 輝一 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 南 利貴 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 佐藤 浩美 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 港 明彦 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 伏屋 勉 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 大屋 明宏 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−27117（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−71345（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−134218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−181926（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−50403（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−86941（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−198324（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−8935（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/10
Claims (1)
- 【請求項１】 ピストン（３）の頂面を窪ませて形成
された燃焼室（４）と、該燃焼室（４）に臨ませて設け
られた燃料噴射ノズル（６）と、シリンダ内に連通され
た副室（８）とを備え、前記燃焼室（４）における燃焼
の後期に、前記副室（８）からシリンダ内圧力よりも高
圧のガスをシリンダ内に噴出して、後期燃焼を撹乱する
ように構成されたディ−ゼル機関（１）において、前記
ピストン（３）が圧縮上死点近傍に位置する際に、圧縮
空気の一部を貯留する空気溜り（５）を設けたことを特
徴とするディ−ゼル機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19287493A JP3315484B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | ディ−ゼル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19287493A JP3315484B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | ディ−ゼル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0726959A JPH0726959A (ja) | 1995-01-27 |
| JP3315484B2 true JP3315484B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=16298415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19287493A Expired - Fee Related JP3315484B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | ディ−ゼル機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3315484B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2885958A1 (fr) * | 2005-05-20 | 2006-11-24 | Renault Sas | Piston pour moteur a combustion interne et moteur a combustion interne comportant au moins un tel piston |
| DE102012103212A1 (de) | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Mwm Gmbh | Kolben einer Brennkraftmaschine |
| DE102012103195A1 (de) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Mwm Gmbh | Kolben einer Brennkraftmaschine |
| DE102012103193B4 (de) * | 2012-04-13 | 2018-05-30 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Verwendung eines Kolbens für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung und Otto-Motor |
| DE102012103206B4 (de) | 2012-04-13 | 2017-08-03 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Kolben einer Brennkraftmaschine |
-
1993
- 1993-07-07 JP JP19287493A patent/JP3315484B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0726959A (ja) | 1995-01-27 |
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|---|---|---|---|
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