JP5271943B2 - ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室 - Google Patents

ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室 Download PDF

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室に関し、詳しくは、燃料噴射時のキャビティ内での燃料の気化状態を均一化することができるディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室に関する。
従来、ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室として、シリンダ内にピストンを摺動自在に内嵌させ、ピストンの頂部にキャビティを設け、シリンダヘッドに燃料インジェクタを配置し、燃料インジェクタの先端部に周方向に所定間隔を保持して複数の燃料噴射孔を設け、シリンダの所定の径方向を前後方向とし、その一方を前側、他方を後側として、燃料インジェクタの先端部をキャビティの中心軸線よりも後寄りに偏倚させ、燃料インジェクタの中心軸線を前方下り傾斜させ、各燃料噴射孔からの燃料噴射時に、各噴射軸線がキャビティの内面に向かうようにするに当たり、燃料インジェクタの中心軸線の先端側延長線と前寄りの燃料噴射孔の噴射軸線との挟角よりも、後寄りの燃料噴射孔の噴射軸線との挟角を大きく設定して、前寄りの燃料噴射孔の噴射軸線がキャビティの内面の前寄りに向けられ、後寄りの燃料噴射孔の噴射軸線がキャビティの内面の後寄りに向けられるようにしたものがある。
この種の直接噴射式燃焼室によれば、燃料インジェクタからキャビティの前後寄りに分配して噴射した燃料がキャビティ内の圧縮空気の熱やキャビティの内面の熱を受け、気化して、空気と燃料の混合気が形成され、自発火が起こり、燃焼がスムーズに進行する利点がある。
また、この種の直接噴射式燃焼室では、前寄りの燃料噴射孔からキャビティの前寄りに噴射される燃料は、燃料インジェクタの中心軸線の先端側延長線と燃料噴射孔の噴射軸線との挟角が小さいため、流通抵抗が小さい分だけ噴射速度が速く、霧化が促進されるのに対し、後寄りの燃料噴射孔からキャビティの後寄りに噴射される燃料は、燃料インジェクタの中心軸線の先端側延長線と燃料噴射孔の噴射軸線との挟角が大きい分だけ流通抵抗が大きく、噴射速度が遅く、霧化が停滞する傾向がある。
しかし、この従来技術では、キャビティ後寄りに噴射した燃料の気化を促進する手段がないため、問題がある。
特開平６−２２１１６３号公報(図１、図３参照)
《問題》 燃料噴射時のキャビティ内での燃料の気化状態が不均一になりやすい。
キャビティ後寄りに噴射した燃料の気化を促進する手段がないため、霧化が停滞する後寄りの燃料の気化が遅れ、燃料噴射時のキャビティ内での燃料の気化状態が不均一になりやすい。
これにより、出力低下、燃費悪化、排ガス悪化等の問題が生じる。
本発明の課題は、燃料噴射時のキャビティ内での燃料の気化状態を均一化することができるディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室を提供することにある。
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１(Ａ)〜(Ｃ)に例示するように、シリンダ(１)内にピストン(２)を摺動自在に内嵌させ、ピストン(２)の頂部にキャビティ(３)を設け、シリンダヘッド(４)に燃料インジェクタ(５)を配置し、燃料インジェクタ(５)の先端部に周方向に所定間隔を保持して複数の燃料噴射孔(６)を設け、
図１(Ａ)(Ｂ)に例示するように、シリンダ(１)の所定の径方向を前後方向とし、その一方を前側、他方を後側として、
燃料インジェクタ(５)の先端部をキャビティ(３)の中心軸線(３ｂ)よりも後寄りに偏倚させ、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)を前方下死点寄りに傾斜させ、各燃料噴射孔(６)からの燃料噴射時に、各噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面に向かうようにするに当たり、
図１(Ｂ)に例示するように、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)の先端側延長線(５ｂ)と前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角よりも、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角を大きく設定して、前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の前寄りに向けられ、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の後寄りに向けられるようにした、ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室において、
図１(Ｂ)に例示するように、キャビティ(３)の内底面(３ａ)の後寄りに隆起部(１５)を設け、この隆起部(１５)の後面に左右方向に長い後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)を形成し、
図１(Ｂ)に例示するように、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)は、横側から見て、後方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、
隆起部(１５)の前面に左右方向に長い前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)を形成し、この前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)は、横側から見て、前方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、
後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離よりも小さくし、
後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)の曲率を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)の曲率よりも大きくした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室。
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 燃焼時のキャビティ内での燃料の気化状態を均一化することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、キャビティ(３)の内底面(３ａ)の後寄りに隆起部(１５)を設け、この隆起部(１５)の後面に左右方向に伸びる後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)を形成したので、ピストン(２)の上昇時に発生する後側タンブル吸気流(１８)が、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との間の狭い短経路の空間で、数多く旋回し、霧化が停滞する後寄りの燃料の気化が促進され、その気化状態が前寄りの燃料の気化状態に近づき、燃料噴射時のキャビティ(３)内での燃料の気化状態を均一化することができる。
これにより、出力向上、燃費改善、排ガス改善を図ることができる。
《効果》 燃焼噴射時のキャビティ内での燃料気化状態をより均一化することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離よりも小さくし、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)の曲率を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)の曲率よりも大きくしたので、ピストン(２)の上昇時に発生する前側タンブル吸気流(１９)が、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との間の広い長経路の空間で、数少なく旋回し、霧化が促進されている前寄りの燃料の気化を抑制し、その気化状態を後寄りの燃料の気化状態と合致させ、燃料噴射時のキャビティ(３)内での燃料気化状態をより均一化することができる。
本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室を説明する図で、図１(Ａ)は横断平面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図１(Ｃ)は図１(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。 図１の直接噴射式燃焼室で用いる燃料インジェクタの先端部を説明する図で、図２(Ａ)は縦断側面図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図２(Ｃ)は図２(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。
図１〜図２は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室を説明する図である。
図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、シリンダ(１)内にピストン(２)を摺動自在に内嵌させ、ピストン(２)の頂部にキャビティ(３)を設け、シリンダヘッド(４)に燃料インジェクタ(５)を配置し、燃料インジェクタ(５)の先端部に周方向に所定間隔を保持して複数の燃料噴射孔(６)を設けている。
図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、キャビティ(３)は周壁が円筒形のトロイダル形であるが、開口部(３ｂ)を絞ったリエントラント形であってもよい。キャビティ(３)の中心軸線(３ｂ)はシリンダ(１)の中心軸線(１ａ)よりも後寄りに偏倚させている。燃料インジェクタ(５)の先端部も、キャビティ(３)の中心軸線(３ｂ)と同様、シリンダ(１)の中心軸線(１ａ)よりも後寄りに偏倚させている。
図２(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、燃料インジェクタ(５)の先端部にノズル(１０)を設け、ノズル(１０)内に開弁作動室(１１)と燃料分流室(１２)とを設け、開弁作動室(１１)と燃料分流室(１２)との境界に弁座(１３)を設け、弁座(１３)にノズルスプリング(図外)で付勢した針弁(１４)を着座させ、燃料分流室(１２)から複数の燃料噴射孔(６)を導出している。燃料噴射ポンプ(図外)から開弁作動室(１１)に燃料を圧送すると、ノズルスプリングの付勢力に抗して針弁(１４)が開弁され、燃料が開弁作動室(１１)と燃料分流室(１２)とを介して複数の燃料噴射孔(６)から同時に噴射される。
図２(Ｂ)に示すように、燃料噴射孔(６)は燃料インジェクタ(５)の先端部の全周に等間隔で複数配置し、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)と平行な向きに見て、燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)は燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)から放射する向きに向けている。具体的には、燃料噴射孔(６)は燃料インジェクタ(５)の先端部の全周に９０°毎に合計４個配置されている。
図１(Ｂ)に示すように、シリンダ(１)の所定の径方向を前後方向とし、その一方を前側、他方を後側として、燃料インジェクタ(５)の先端部をキャビティ(３)の中心軸線(３ｂ)よりも後寄りに偏倚させ、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)を前方下死点寄りに傾斜させ、各燃料噴射孔(６)からの燃料噴射時に、各噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面に向かうようにするに当たり、次のようにしている。
図２(Ａ)に示すように、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)の先端側延長線(５ｂ)と前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角よりも、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角を大きく設定して、前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の前寄りに向けられ、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の後寄りに向けられるようにしている。
図１(Ａ)〜(Ｃ)中で、各噴射軸線(６ａ)の先端に示す点は、各噴射軸線(６ａ)とキャビティ(３)の内底面(３ａ)との交点である。
図１(Ｂ)に示すように、シリンダ中心軸線(１ａ)に対して燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)は６０°の角度で傾斜させ、図２(Ａ)(Ｃ)に示すように、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)の先端側延長線(５ｂ)と各燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角は、前側が３０°、後側が９０°、横側が４５°に設定している。
図１(Ｂ)に示すように、キャビティ(３)の内底面(３ａ)の後寄りに隆起部(１５)を設け、この隆起部(１５)の後面に左右方向に伸びる後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)を形成している。
図１(Ａ)中の矢印(１６)は、スワール吸気流である。このスワール吸気流(１６)は吸気スワールポート(図外)による吸気の導入により、キャビティ(３)内に形成される。
図２(Ｂ)に示すように、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)は、横側から見て、後方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、隆起部(１５)の前面に左右方向に長い前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)を形成し、この前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)は、横側から見て、前方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離よりも小さくし、後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)の曲率を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)の曲率よりも大きくしている。
(１) シリンダ
(１ａ) シリンダ中心軸線
(２) ピストン
(３) キャビティ
(３ａ) 内底面
(３ｂ) キャビティの中心軸線
(３ｃ) キャビティの内周面
(４) シリンダヘッド
(５) 燃料インジェクタ
(５ａ) 中心軸線
(５ｂ) 先端側延長線
(６) 燃料噴射孔
(６ａ) 噴射軸線
(１５) 隆起部
(１６) 後側タンブル吸気流ガイド面
(１７) 前側タンブル吸気流ガイド面

Claims (1)

  1. シリンダ(１)内にピストン(２)を摺動自在に内嵌させ、ピストン(２)の頂部にキャビティ(３)を設け、シリンダヘッド(４)に燃料インジェクタ(５)を配置し、燃料インジェクタ(５)の先端部に周方向に所定間隔を保持して複数の燃料噴射孔(６)を設け、
    シリンダ(１)の所定の径方向を前後方向とし、その一方を前側、他方を後側として、
    燃料インジェクタ(５)の先端部をキャビティ(３)の中心軸線(３ｂ)よりも後寄りに偏倚させ、燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)を前方下死点寄りに傾斜させ、各燃料噴射孔(６)からの燃料噴射時に、各噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面に向かうようにするに当たり、
    燃料インジェクタ(５)の中心軸線(５ａ)の先端側延長線(５ｂ)と前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角よりも、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)との挟角を大きく設定して、前寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の前寄りに向けられ、後寄りの燃料噴射孔(６)の噴射軸線(６ａ)がキャビティ(３)の内面の後寄りに向けられるようにした、ディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室において、
    キャビティ(３)の内底面(３ａ)の後寄りに隆起部(１５)を設け、この隆起部(１５)の後面に左右方向に長い後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)を形成し、
    後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)は、横側から見て、後方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、
    隆起部(１５)の前面に左右方向に長い前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)を形成し、この前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)は、横側から見て、前方に行くほど下死点寄りの円弧状に形成し、
    後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)とこれに対向するキャビティ(３)の内周面(３ｃ)との離間距離よりも小さくし、
    後寄りタンブル吸気流ガイド面(１６)の曲率を、前寄りタンブル吸気流ガイド面(１７)の曲率よりも大きくした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの直接噴射式燃焼室。
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