【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＮＯＸ 及びスモークの低減を図り得る直接噴射式ディーゼルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯＸ 生成量を低減するためにタイミングリタード等の方策を講じている。タイミングリタードは、着火時期を遅らせることによって燃焼最高温度を低下させ、窒素と酸素の反応を抑制する手法であり、一般的に１０°リタードさせると約２０〜３０％、２０°リタードさせると約４０〜６５％程度のＮＯＸ 低減効果が得られることが判明している。しかしながら、タイミングリタードを採用すると、熱効率が低下するため、出力や燃費性能を悪化させるだけでなく、多くの場合、スモーク生成量を増加させる要因となる。
【０００３】
一方、従来の直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室は、図３又は図４に示される形状のものが多用されている。図３に示す形状は、一般的に浅皿型と呼称されるものであり、燃焼室１の側壁２が縦断面視で上方に拡開する形状となっている。そして、タイミングリタード時に側壁２に衝突した燃料噴霧３は、燃焼室１から外側に広がり、ピストン頂面４より上方のシリンダライナー５近傍に拡散することになる。
【０００４】
また、図４に示す形状は、一般的にリエントラント浅皿型と呼称されるもので、燃焼室１の側壁２が縦断面視で上方に向かって窄まる形状となっており、タイミングリタード時に、側壁２に衝突した燃料噴霧３は、円錐状の斜面として形成された底壁６に沿って燃焼室１の中心部に集まることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した如く、図３に示す浅皿型の燃焼室１では、燃料噴霧３は燃焼室１の周辺部に集中するので、燃焼室１中央部の燃料濃度が薄くなり、逆に、図４に示すリエントラント浅皿型の燃焼室１の場合には、燃料噴霧３は燃焼室１の中央部に集中するので、燃焼室１周辺部の燃料濃度が薄くなる。従って、いずれの形状を採用した場合にも、燃焼室１内における燃料分布が不均一になって、スモークの増大を招くという問題が生じる。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みて、タイミングリタードさせた場合であっても、燃焼室内に噴射される燃料噴霧を、燃焼室内に均一に拡散することができ、以て、燃焼状態を改善してＮＯＸ 及びスモークの生成量を低減することができる直接噴射式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】
【発明が解決しようとする課題】
前記目的を達成するための本発明に係る直接噴射式ディーゼルエンジンは、ピストンの頂面に浅皿型燃焼室を形成した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、この燃焼室の横断面積を燃焼室底部から上縁部に向けて拡大するようにピストン外周方向に開いた第１案内部と、この燃焼室の横断面積を縮小するように燃焼室の上縁部をピストン中心方向に向けて湾曲させた第２案内部とを、この燃焼室の周方向に交互に配設すると共に、この燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔を、前記第１案内部と第２案内部に各々対応させて配向し、燃焼室の周辺部に分散する燃料噴霧と、燃焼室の中央部に分散する燃料噴霧を交互に形成するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
前記第１案内部は、ピストンを縦断面視した場合に、燃焼室の側壁が上方に拡開し、それ故、燃焼室の横断面積が拡大される形状となり、第２案内部は、ピストンを縦断面視した場合に、燃焼室の側壁が上方に向かって窄まる形状となり、それ故、燃焼室の横断面積が縮小される形状となる。
また、前記燃料噴射弁には、第１案内部の方向に噴射するための噴孔と、第２案内部の方向に噴射するための噴孔を形成し、両者がバランス良く配置されるようにして、第１案内部に向けて噴射される燃料噴霧の量と、第２案内部に向けて噴射される燃料噴霧の量が概ね等量となるように分配すると好ましい。
【０００９】
【作 用】
本発明の直接噴射式ディーゼルエンジンは以上の構成を有しているため、燃料噴霧の一部は燃料噴射弁の噴孔から第１案内部に向かい、残りの燃料噴霧は第２案内部に向かうことになる。
そして、タイミングリタード時において、第１案内部に衝突した燃料噴霧は、この第１案内部の形状に沿って案内され、主として燃焼室の周辺部に分散することになる。一方、第２案内部に衝突した燃料噴霧は跳ね返り、この第２案内部から燃焼室底壁の形状に沿って案内され、主として燃焼室中央部に分布することになる。
【００１０】
従って、燃焼室内における燃料噴霧の分布状態は、燃焼室中央部から周辺部まで略均一に分散することになり、燃焼条件の改善を図ることができるので、スモークの生成量は低減される。
【００１１】
【実施例】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の直接噴射式ディーゼルエンジンの一実施例について説明する。
図１は、本実施例の直接噴射式ディーゼルエンジンに用いられるピストン１１の平面図であり、ピストン１１の頂面１２に浅皿型の燃焼室１３が形成されている。この燃焼室１３は、横断面即ちピストン１１の頂面１２に対して平行な面で断面とした場合に、その容積をピストン１１の外周方向に拡大するように、上縁部１４を外側に開いた第１案内部１５を、燃焼室１３の周方向に相互に離間して４箇所形成している。
【００１２】
また、上記同様に横断面とした場合に、その容積をピストン１１の中心方向に縮小するように、上縁部１４を内側に窄めた第２案内部１６を、前記第１案内部１５同士の間に配設して、この第１案内部１５と第２案内部１６が、この燃焼室１３の周方向に交互に並ぶようにしている。
図２には、クランク角度で１０°タイミングリタードさせた状態における、図１のＡ−Ａ線で断面にしたピストン１１と、このピストン１１に形成したリング溝１７に嵌合するピストンリング１８と、このピストン１１を摺動自在に収容するシリンダライナー１９と、このシリンダライナー１９が嵌合するシリンダブロックに締結されるシリンダヘッド２０と、このシリンダヘッド２０と前記シリンダブロックとの間をシールするガスケット２１と、シリンダヘッド２０に固定される燃料噴射弁２２が示されている。
【００１３】
この図２の如く、ピストン１１を縦断面視すると、前記燃焼室１３の形状は、第１案内部１５において、燃焼室１３の側壁が上方外側に拡開し、第２案内部１６において、燃焼室１３の側壁が上方内側に向かって窄まる形状となる。
前記燃料噴射弁２２には、４箇所の第１案内部１５にそれぞれ対峙する４個の噴孔２３と、４箇所の第２案内部１６にそれぞれ対峙する４個の噴孔２４がそれぞれ形成されており、第１案内部１５に向けて噴射された燃料噴霧２５は、矢印で示す如く、第１案内部１５の形状に沿って上方に案内され、燃焼室１３周辺部から、ピストン１１の頂面１２上方のシリンダライナー１９近傍にかけて分散し、第２案内部１６に向けて噴射された燃料噴霧２６は、矢印で示す如く、第２案内部１６に衝突した後、下方に潜り込むように折り返し、燃焼室１３底壁に沿って、この燃焼室１３の中央部付近に分布することになる。
【００１４】
これにより、燃焼室１３内とピストン１１の頂面１２上方空間に分布する燃料噴霧２５，２６は略均一に分散することになり、局部的に燃料濃度が高くなる箇所が生じないため、燃料を完全燃焼させることができ、スモークの生成量を大幅に低減することができる。また、スモーク生成量を低減できるので、従来よりも着火時期の制御自由度を高めることが可能となり、よりＮＯＸ 生成量を低減する上で効果的な時期に着火させることが可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の直接噴射式ディーゼルエンジンは、ピストンの頂面に浅皿型燃焼室を形成した直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、この燃焼室の横断面積を燃焼室底部から上縁部に向けて拡大するようにピストン外周方向に開いた第１案内部と、この燃焼室の横断面積を縮小するように燃焼室の上縁部をピストン中心方向に向けて湾曲させた第２案内部とを、この燃焼室の周方向に交互に配設すると共に、この燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔を、前記第１案内部と第２案内部に各々対応させて配向し、燃焼室の周辺部に分散する燃料噴霧と、燃焼室の中央部に分散する燃料噴霧を交互に形成するようにしたことを特徴としており、以下の効果を奏することができるものである。
【００１６】
タイミングリタード時において、第１案内部に衝突した燃料噴霧は、この第１案内部の形状に沿って外側に案内されるので、主として燃焼室の周辺部とピストン頂面上部に分散させることができ、一方、第２案内部に衝突した燃料噴霧は跳ね返り、この第２案内部から燃焼室底壁の形状に沿って内側に案内されるので、主として燃焼室中央部に分布させることができる。
【００１７】
従って、燃焼室内外における燃料噴霧の分布状態を、燃焼室中央部から周辺部とピストン頂面上部まで略均一に分散させることが可能となり、タイミングリタード時の燃焼条件を改善して、スモーク生成量の低減を図りながら、ＮＯＸ 生成量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における直接噴射式ディーゼルエンジンのピストンの平面図である。
【図２】図１のピストンを使用した直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室周りのＡ−Ａ線縦断面図である。
【図３】従来の直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室周りの縦断面図である。
【図４】従来の直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室周りの縦断面図である。
【符号の説明】
１１ ピストン
１２ 頂面
１３ 燃焼室
１４ 上縁部
１５ 第１案内部
１６ 第２案内部
２２ 燃料噴射弁
２３ 噴孔
２４ 噴孔[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a direct injection diesel engine capable of achieving a reduction of the NO X and smoke.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a diesel engine, it has taken measures such as a timing retard to reduce NO X generation amount. Timing retardation is a method of lowering the maximum combustion temperature by delaying the ignition timing and suppressing the reaction between nitrogen and oxygen. Generally, 10 ° retardation is about 20 to 30%, and 20 ° retardation is about 40%. it has been found that NO X reduction effect of about 65% is obtained. However, when the timing retard is adopted, the thermal efficiency is reduced, so that not only the output and the fuel consumption performance are deteriorated, but also in many cases, the smoke generation amount is increased.
[0003]
On the other hand, the combustion chamber of the conventional direct injection diesel engine often has a shape shown in FIG. 3 or FIG. The shape shown in FIG. 3 is generally called a shallow dish shape, and has a shape in which the side wall 2 of the combustion chamber 1 expands upward in a vertical cross-sectional view. Then, the fuel spray 3 colliding with the side wall 2 at the time of timing retard spreads outward from the combustion chamber 1 and diffuses near the cylinder liner 5 above the piston top surface 4.
[0004]
Further, the shape shown in FIG. 4 is generally called a reentrant shallow dish type, in which the side wall 2 of the combustion chamber 1 is narrowed upward in a vertical sectional view. The fuel spray 3 colliding with the side wall 2 is collected at the center of the combustion chamber 1 along the bottom wall 6 formed as a conical slope.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the shallow dish type combustion chamber 1 shown in FIG. 3, the fuel spray 3 is concentrated on the periphery of the combustion chamber 1, so that the fuel concentration in the center of the combustion chamber 1 becomes low. In the case of the reentrant shallow dish type combustion chamber 1 shown in the figure, the fuel spray 3 is concentrated at the center of the combustion chamber 1, so that the fuel concentration around the combustion chamber 1 becomes low. Therefore, in any case, the fuel distribution in the combustion chamber 1 becomes non-uniform, which causes a problem that smoke is increased.
[0006]
In view of the above problems, the present invention can uniformly diffuse fuel spray injected into the combustion chamber into the combustion chamber even when timing retard is performed, thereby improving the combustion state. it is an object to provide a direct injection diesel engine capable of reducing NO X and the generation amount of smoke Te.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Direct injection diesel engine according to the present invention for achieving the above object, in a direct injection diesel engine to form a shallow dish type combustion chamber on the top surface of the piston, top cross-sectional area of the combustion chamber from the combustion chamber bottom A first guide portion opened in the outer peripheral direction of the piston so as to expand toward the edge, and a second guide portion in which an upper edge portion of the combustion chamber is curved toward the center of the piston so as to reduce a cross-sectional area of the combustion chamber. The guides are alternately arranged in the circumferential direction of the combustion chamber, and the injection holes of the fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber correspond to the first guide and the second guide, respectively. It is characterized in that fuel spray that is oriented and dispersed in the periphery of the combustion chamber and fuel spray that is dispersed in the center of the combustion chamber are alternately formed .
[0008]
The first guide portion has a shape in which the side wall of the combustion chamber expands upward when the piston is viewed in a longitudinal cross-section, so that the cross-sectional area of the combustion chamber is enlarged. When viewed in a vertical cross section, the side wall of the combustion chamber has a shape that narrows upward, and thus has a shape in which the cross-sectional area of the combustion chamber is reduced.
Further, the fuel injection valve is provided with an injection hole for injecting in the direction of the first guide portion and an injection hole for injecting in the direction of the second guide portion, so that both are arranged in a well-balanced manner. It is preferable that the amount of the fuel spray injected toward the first guide and the amount of the fuel spray injected toward the second guide are distributed so as to be substantially equal.
[0009]
[Operation]
Since the direct injection diesel engine of the present invention has the above configuration, a part of the fuel spray goes from the injection hole of the fuel injection valve to the first guide portion, and the remaining fuel spray goes to the second guide portion. Will be.
Then, at the time of the timing retard, the fuel spray colliding with the first guide portion is guided along the shape of the first guide portion, and is mainly dispersed around the combustion chamber. On the other hand, the fuel spray that has collided with the second guide rebounds, is guided from the second guide along the shape of the bottom wall of the combustion chamber, and is mainly distributed in the center of the combustion chamber.
[0010]
Therefore, the distribution of the fuel spray in the combustion chamber is substantially uniformly dispersed from the center to the periphery of the combustion chamber, and the combustion conditions can be improved, so that the amount of generated smoke is reduced.
[0011]
【Example】
Next, an embodiment of a direct injection diesel engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a plan view of a piston 11 used in the direct injection diesel engine of the present embodiment, and a shallow dish-shaped combustion chamber 13 is formed on a top surface 12 of the piston 11. When the combustion chamber 13 has a cross section, that is, a cross section parallel to the top surface 12 of the piston 11, the upper edge portion 14 is opened outward so that the volume of the combustion chamber 13 increases in the outer peripheral direction of the piston 11. The first guide portions 15 are formed at four locations apart from each other in the circumferential direction of the combustion chamber 13.
[0012]
When the cross section is made in the same manner as described above, the second guide portion 16 having the upper edge portion 14 constricted inward so as to reduce the volume toward the center of the piston 11 is connected to the first guide portion 15. The first guide portions 15 and the second guide portions 16 are arranged alternately in the circumferential direction of the combustion chamber 13.
FIG. 2 shows a piston 11 having a cross section taken along the line AA of FIG. 1 in a state where timing retard is performed at a crank angle of 10 °, a piston ring 18 fitted into a ring groove 17 formed in the piston 11, A cylinder liner 19 for slidably housing the piston 11, a cylinder head 20 fastened to a cylinder block to which the cylinder liner 19 is fitted, and a gasket 21 for sealing between the cylinder head 20 and the cylinder block And a fuel injection valve 22 fixed to the cylinder head 20.
[0013]
As shown in FIG. 2, when the piston 11 is viewed in a vertical cross section, the shape of the combustion chamber 13 is such that the side wall of the combustion chamber 13 expands upward and outward in the first guide portion 15 and the combustion chamber 13 expands in the second guide portion 16. The side wall of the chamber 13 has a shape narrowing upward and inward.
The fuel injection valve 22 is formed with four injection holes 23 facing four first guide portions 15 and four injection holes 24 respectively facing four second guide portions 16. The fuel spray 25 injected toward the first guide portion 15 is guided upward along the shape of the first guide portion 15 as shown by an arrow, and the top of the piston 11 is The fuel spray 26 dispersed toward the vicinity of the cylinder liner 19 above the surface 12 and injected toward the second guide portion 16 collides with the second guide portion 16 as shown by the arrow, and then turns back so as to sink downward. It is distributed near the center of the combustion chamber 13 along the bottom wall of the combustion chamber 13.
[0014]
As a result, the fuel sprays 25 and 26 distributed in the combustion chamber 13 and in the space above the top surface 12 of the piston 11 are substantially uniformly dispersed, and there is no place where the fuel concentration locally becomes high. Complete combustion can be performed, and the amount of smoke generated can be significantly reduced. Further, since it is possible to reduce the smoke generation amount, than conventional it is possible to increase the degree of control of the ignition timing, it is possible to ignite the effective time in reducing the more NO X generation amount.
[0015]
【The invention's effect】
The direct injection diesel engine of the present invention is such that in a direct injection diesel engine having a shallow dish-shaped combustion chamber formed on the top surface of a piston, the cross-sectional area of the combustion chamber is increased from the bottom of the combustion chamber toward the upper edge. A first guide portion opened in the outer peripheral direction of the piston, and a second guide portion in which the upper edge of the combustion chamber is curved toward the center of the piston so as to reduce the cross-sectional area of the combustion chamber. Are arranged alternately in the circumferential direction, and the injection holes of the fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber are oriented so as to correspond to the first guide portion and the second guide portion, respectively. This is characterized in that fuel spray dispersed in the fuel chamber and fuel spray dispersed in the center of the combustion chamber are alternately formed , and the following effects can be obtained.
[0016]
At the time of the timing retard, the fuel spray colliding with the first guide portion is guided outward along the shape of the first guide portion, so that it can be dispersed mainly in the periphery of the combustion chamber and the upper portion of the piston top surface. On the other hand, the fuel spray colliding with the second guide portion rebounds and is guided inward from the second guide portion along the shape of the bottom wall of the combustion chamber, so that the fuel spray can be distributed mainly in the central portion of the combustion chamber.
[0017]
Therefore, the distribution of the fuel spray inside and outside the combustion chamber can be substantially uniformly dispersed from the center of the combustion chamber to the periphery and the top of the piston, and the combustion condition at the time of the timing retard can be improved to improve the smoke generation amount. while achieving a reduction in, NO X generation amount can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a piston of a direct injection diesel engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along a line AA around a combustion chamber of a direct injection diesel engine using the piston of FIG.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view around a combustion chamber of a conventional direct injection diesel engine.
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view around a combustion chamber of a conventional direct injection diesel engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Piston 12 Top surface 13 Combustion chamber 14 Upper edge 15 First guide 16 Second guide 22 Fuel injection valve 23 Injection hole 24 Injection hole
