JP6527875B2

JP6527875B2 - ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室

Info

Publication number: JP6527875B2
Application number: JP2016549578A
Authority: JP
Inventors: 武強隆; 爽何; 江平田; 華田; 宝国杜; 立岩馮; ヤオ付; 平依
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: US20160363042A1; CN103835803A; JP2017512273A; CN103835803B; WO2015124038A1

Description

本発明は、エンジン混合気の形成及び燃焼分野に属し、特に、ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室に関する。

現在、噴射燃料が燃焼室のキャビティー壁面に衝突する状況をディーゼル機関に異なる程度で存在し、燃料が壁に衝突した後壁面に過濃混合気層を安定して形成し、この過濃混合気層はディーゼル機関内のカーボンブラック形成及びＨＣ排出にとって、重要な影響を及ぼす。ディーゼル機関の燃料噴射圧力のアップ及びシリンダ直径の小型化に伴い、この現象が益々酷くなっている。これ以外に、多孔噴霧の円周方向における分布が不均一で、噴霧が落下箇所に堆積或いは油膜が生じる。頂面隙間空間の利用が不十分で、混合気空間の分布均一性が理想的ではなく、空気利用率が高くなく、不完全燃焼が起きて燃料消費が高くなり、カーボンブラックの排出も大きかった。

多孔噴霧落下箇所の混合気の堆積及び燃焼室の頂面隙間利用率の低い問題を解決するため、本発明はディーゼル機関の衝突・分流燃焼室を提供する。該ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室は、燃焼室形状と燃料噴霧のマッチを通じて、噴霧の一部を衝突環状帯部で反発させて燃料噴霧の二次霧化を実現し、噴霧の霧化性能を向上し；もう一部の噴霧が衝突環状帯部に沿って分流を実現し、噴霧空間分布範囲を拡大することで頂面隙間高さを増え、効果的に頂面隙間内の空気を利用し、より一層均一な混合気を形成する。

本発明がその技術的課題を解決するための手段は、ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室であって、燃料噴射装置はマルチポイント式で高圧燃料を霧状でシリンダヘッドとシリンダライナとピストンとから成る燃焼室内に噴射し、前記燃焼室が頂面隙間高さＨの増加、喉部直径Ｄ_１の調整及び衝突環状帯部の設置を通じて、燃焼室を燃焼室頂面隙間部と燃焼室中央部という２つの領域に分け；前記燃焼室頂面隙間部の直径Ｄ_２が気筒直径とし；前記燃料噴射装置から噴出した霧状燃料を衝突環状帯部上に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、一部の燃料が衝突環状帯部に沿って各々燃焼室頂面隙間部及び燃焼室中央部に流れ、油気のより一層均一な混合を実現し；前記衝突環状帯部は衝突面と衝突上部ガイド面と衝突下部ガイド面とを含む。

前記衝突面は、衝突傾斜面、衝突凸面或いは衝突凹面を用い、衝突傾斜面の傾斜角度が噴射角度に合わせて調整して燃焼室頂面隙間部及び燃焼室中央部の燃料分布比率を制御する。

前記衝突面は、第１衝突錐面、第２衝突錐面或いは衝突曲面を用い；前記第１衝突錐面の構造が第１上部衝突傾斜面と第１衝突移行曲面と第１下部衝突傾斜面とを含み；前記第２衝突錐面の構造が第２上部衝突傾斜面と第２衝突移行曲面と第２下部衝突凹面とを含み；前記衝突曲面の構造が上部衝突凸面と下部衝突凹面とを含む。

前記衝突上部ガイド面は、上部ガイド凸面或いは上部ガイド平滑面を用い；前記上部ガイド凸面がピストン頂面隙間面より高く；前記上部ガイド平滑面とピストン頂面隙間面の高さが等しい。

前記衝突下部ガイド面は、下部ガイド平滑面、下部ガイド曲面、下部ガイド直角円弧面或いは下部ガイド凹面を用いる。

前記ピストン頂面隙間面は、第１頂面隙間ガイド傾斜面或いは第２頂面隙間ガイド傾斜面を用いる。

前記ピストン頂面隙間面は、第１頂面隙間ガイド凹面と第３頂面隙間ガイド傾斜面とを含む第１頂面隙間ガイド面構造を用い；前記第３頂面隙間ガイド傾斜面が上部ガイド凸面より低い。

前記ピストン頂面隙間面は、第２頂面隙間ガイド凹面と第４頂面隙間ガイド傾斜面とを含む第２頂面隙間ガイド面構造を用い；前記第４頂面隙間ガイド傾斜面が上部ガイド凸面より高い。

前記ピストン頂面隙間面は、頂面隙間ガイド移行面と第５頂面隙間ガイド傾斜面と頂面隙間移行面と第６頂面隙間ガイド傾斜面とを含む第３頂面隙間ガイド面構造を用いる。

前記燃焼室の中央部は、ω形底面或いは浅皿形底面を用いる。

本発明に係るディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の燃焼室は、燃焼室頂面隙間部及び燃焼室中央部という２つの領域に分け、燃焼室頂面隙間部と燃焼室中央部の間に衝突環状帯部を設けており、燃料噴射装置から噴出された霧状燃料が衝突環状帯部に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、もう一部の燃料が衝突環状帯部に沿って各々燃焼室頂面隙間部及び燃焼室中央部に流れ、油気のより一層均一な混合を実現する。該燃焼室は、燃料と空気の混合速度及び空間エリアを大幅に増加させて燃焼室内で比較的希薄拡散燃焼を形成することで、カーボンブラック及びＮ０ｘの排出を同時に低減させ、ディーゼル機関の燃焼を効果的に改善して経済性を高める。定格条件下で、衝突・分流燃焼室は従来のディーゼル機関に比べると、経済性が４％高くなり、カーボンブラック排出が５０％低減し、ＮＯｘ排出が８％低減する。

以下、添付図面と実施例を組み合わせて本発明について更に説明する。
ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の構造を示す模式図である。図１のＡ部位拡大図で、衝突環状帯部が衝突傾斜面を用いた構造である。衝突面に衝突凸面を用いた構造を示す模式図である。衝突面に衝突凹面を用いた構造を示す模式図である。衝突面に第１衝突錐面を用いた構造を示す模式図である。衝突面に第２衝突錐面を用いた構造を示す模式図である。衝突面に衝突曲面を用いた構造を示す模式図である。衝突上部ガイド面に上部ガイド平滑面を用いた構造及び衝突下部ガイド面に下部ガイド平滑面を用いた構造を示す模式図である。衝突下部ガイド面に下部ガイド曲面を用いた構造を示す模式図である。衝突下部ガイド面に下部ガイド直角円弧面を用いた構造を示す模式図である。衝突下部ガイド面に下部ガイド凹面を用いた構造を示す模式図である。図１のＢ部位拡大図で、ピストン頂面隙間面に第１頂面隙間ガイド傾斜面を用いた構造である。ピストン頂面隙間面に第２頂面隙間ガイド傾斜面を用いた構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面に第１頂面隙間ガイド面を用いた構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面に第２頂面隙間ガイド面を用いた構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面に第３頂面隙間ガイド面を用いた構造を示す模式図である。燃焼室中央部に浅皿形底面を用いた構造を示す模式図である。

図１は、ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の構造を示す模式図である。図内のディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の燃料噴射装置５はマルチポイント式で高圧燃料を霧状でシリンダヘッド１とシリンダライナ２とピストン３とから成る燃焼室４内に噴射し、燃焼室４が頂面隙間高さＨの増加、喉部直径Ｄ_１の調整及び衝突環状帯部の設置を通じて、燃焼室４を燃焼室頂面隙間部７と燃焼室中央部８という２つの領域に分け、燃焼室頂面隙間部７の直径Ｄ_２が気筒直径とする。燃料噴射装置５から噴出した霧状燃料６を衝突環状帯部９上に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、一部の燃料が衝突環状帯部９に沿って各々燃焼室頂面隙間部７及び燃焼室中央部８に流れ、油気のより一層均一な混合を実現する。衝突環状帯部９は衝突面と衝突上部ガイド面と衝突下部ガイド面とを含む。

図２、図３、図４は、３種類の衝突面の構造を示す模式図である。衝突面は、衝突傾斜面１１、衝突凸面１２或いは衝突凹面１３を用い、上部ガイド凸面１０が衝突傾斜面１１の傾斜角度、衝突凸面１２或いは衝突凹面１３に合わせて、燃料噴射装置５から噴出された霧状燃料６の噴射角度を調整して燃焼室頂面隙間部７及び燃焼室中央部８内の燃料分布比率を調整する。

図５、図６、図７は、別の３種類の衝突面の構造を示す模式図である。衝突面は、第１衝突錐面１４、第２衝突錐面１５或いは衝突曲面１６を用いる。第１衝突錐面１４の構造は、第１上部衝突傾斜面１４ａと第１衝突移行曲面１４ｂと第１下部衝突傾斜面１４ｃとを含む。第２衝突錐面１５の構造は、第２上部衝突傾斜面１５ａと第２衝突移行曲面１５ｂと第２下部衝突凹面１５ｃとを含む。衝突曲面１６の構造は、上部衝突凸面１６ａと下部衝突凹面１６ｂとを含む。燃料噴射装置５から噴出された霧状燃料６と第１衝突錐面１４、第２衝突錐面１５或いは衝突曲面１６の噴射角度を調整して燃焼室頂面隙間部７及び燃焼室中央部８内の燃料分布比率を調整する。

図８、図９は、衝突上部ガイド面的の構造を示す模式図である。衝突上部ガイド面は、上部ガイド凸面１０或いは上部ガイド平滑面１７を用いる。上部ガイド凸面１０がピストン頂面隙間面より高く、前記上部ガイド平滑面１７とピストン頂面隙間面の高さが等しい。燃料噴射装置５から噴出された霧状燃料６と衝突傾斜面１１の噴射角度を調整して燃焼室頂面隙間部７及び燃焼室中央部８内の燃料分布比率を調整する。

図２、図８、図９、図１０、図１１は、衝突下部ガイド面の構造を示す模式図である。衝突下部ガイド面は、下部ガイド平滑面１８、下部ガイド曲面１９、下部ガイド直角円弧面２０或いは下部ガイド凹面２１を用いる。燃料噴射装置５から噴出された霧状燃料６と衝突傾斜面１１の噴射角度を調整して燃焼室頂面隙間部７及び燃焼室中央部８中内の燃料分布比率を調整する。

図１２、図１３は、ピストン頂面隙間面の構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面は、第１頂面隙間ガイド傾斜面２２或いは第２頂面隙間ガイド傾斜面２３を用いる。燃焼室頂面隙間部７内に入る燃料が迅速により一層均一な混合気を形成することに有利になる。

図１４は、別のピストン頂面隙間面の構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面は、第１頂面隙間ガイド凹面２４ａと第３頂面隙間ガイド傾斜面２４ｂとを含む第１頂面隙間ガイド面２４構造を用い、第３頂面隙間ガイド傾斜面２４ｂが上部ガイド凸面１０より低い。燃焼室頂面隙間部７内に入る燃料が迅速により一層均一な混合気を形成することに有利になる。

図１５は、更なるピストン頂面隙間面の構造を示す模式図。ピストン頂面隙間面は、第２頂面隙間ガイド凹面２５ａと第４頂面隙間ガイド傾斜面２５ｂとを含む第２頂面隙間ガイド面２５構造を用い、第４頂面隙間ガイド傾斜面２５ｂが上部ガイド凸面１０より高い。燃焼室頂面隙間部７内に入る燃料が迅速により一層均一な混合気を形成することに有利になる。

図１６は、更なる別のピストン頂面隙間面の構造を示す模式図である。ピストン頂面隙間面は、頂面隙間ガイド移行面２６ａと第５頂面隙間ガイド傾斜面２６ｂと頂面隙間移行面２６ｃと第６頂面隙間ガイド傾斜面２６ｄとを含む第３頂面隙間ガイド面２６構造を用いる。燃焼室頂面隙間部７内に入る燃料が迅速により一層均一な混合気を形成することに有利になる。

図１７は、別の燃焼室中央部形状の構造を示す模式図である。燃焼室中央部は、浅皿形底面２８を用いる。

ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室衝突環状帯部は、６種類の実施形態がある。第１種の実施形態：衝突面が傾斜面であり；第２種の実施形態：衝突面が凸曲面であり；第３種の実施形態：衝突面が凹曲面であり；第４種の実施形態：衝突面が２つの円錐面で構成され、中間が円滑で移行し、第５種の実施形態：衝突面が傾斜面と凹曲面で構成され、中間が円滑に移行し；第６種の実施形態：衝突面が凸曲面と凹曲面で構成され、中間が円滑に移行する。

ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の衝突上部ガイド面は、２種類の実施形態がある。第１種実施形態：上部ガイド凸面はピストン頂面隙間面より高く；第２種実施形態：上部ガイド平滑面とピストン頂面隙間面の高さが等しい。

ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の衝突下部ガイド面は、４種類の実施形態がある。第１種の実施形態：下部ガイド面は平滑面であり；第２種の実施形態：下部ガイド面が曲面であり；第３種の実施形態：下部ガイド面が直角円弧面であり；第４種の実施形態：下部ガイド面が凹面である。

ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室の頂面隙間ガイド面は、５種類の実施形態がある。第１種の実施形態：頂面隙間ガイド面が傾斜面であり；第２種の実施形態：頂面隙間ガイド面が傾斜面であり；第３種の実施形態：頂面隙間ガイド面は凹曲面と傾斜面で構成され、頂面隙間傾斜面が噴霧上部ガイド凸面より低い；第４種の実施形態：頂面隙間ガイド面は凹曲面と傾斜面で構成され、頂面隙間傾斜面が噴霧上部ガイド凸面より高く；第５種の実施形態：頂面隙間ガイド面が浅皿形面と傾斜面で構成される。

ディーゼル機関の衝突・分流燃焼室中央部の底面形状は、２種類の実施形態がある。第１種の実施形態：中間は高く周辺が低い底面であり；第２種の実施形態：浅皿形底面である。

異なる中央部の底面形状は、異なる程度で気流運動を形成し、様々な用途のディーゼル機関及び異なる運転条件に適応できる。

異なる衝突面と衝突ガイド面を組み合わせてタイプの違い衝突環状帯部を形成できる。

異なる衝突環状帯部と異なる頂面隙間ガイド面を組み合わせてタイプの違い燃焼室形状を形成できる。

燃料が多孔ノズルによって噴出された後、一部の噴霧は衝突環状帯部に衝突した後で反発して二次霧化を行い、もう一部の噴霧が衝突環状帯部の各ガイド面に沿って分流する。衝突ガイド面と頂面隙間部のガイド面を通じて気筒内気流を形成し、気筒内の擾乱を増加しタンブル運動を促進して空気導入量を増える。噴霧が気筒内で迅速に分流・霧化しながらディーゼル機関の頂面隙間を増加し、迅速により一層均一な混合気を形成し、空気利用率をアップできる。

１シリンダヘッド
２シリンダライナ
３ピストン
４燃焼室
５燃料噴射装置
６霧状燃料
７燃焼室頂面隙間部
８燃焼室中央部
９衝突環状帯部
１０上部ガイド凸面
１１衝突傾斜面
１２衝突凸面
１３衝突凹面
１４第１衝突錐面
１４ａ第１上部衝突傾斜面
１４ｂ第１衝突移行曲面
１４ｃ第１下部衝突傾斜面
１５第２衝突錐面
１５ａ第２上部衝突傾斜面
１５ｂ第２衝突移行曲面
１５ｃ第２下部衝突凹面
１６衝突曲面
１６ａ上部衝突凸面
１６ｂ下部衝突凹面
１７上部ガイド平滑面
１８下部ガイド平滑面
１９下部ガイド曲面
２０下部ガイド直角円弧面
２１下部ガイド凹面
２２第１頂面隙間ガイド傾斜面
２３第２頂面隙間ガイド傾斜面
２４第１頂面隙間ガイド面
２４ａ第１頂面隙間ガイド凹面
２４ｂ第３頂面隙間ガイド傾斜面
２５第２頂面隙間ガイド面
２５ａ第２頂面隙間ガイド凹面
２５ｂ第４頂面隙間ガイド傾斜面
２６第３頂面隙間ガイド面
２６ａ頂面隙間ガイド移行面
２６ｂ第５頂面隙間ガイド傾斜面
２６ｃ頂面隙間移行面
２６ｄ第６頂面隙間ガイド傾斜面
２７ ω形底面
２８浅皿形底面

Claims

燃料噴射装置（５）はマルチポイント式で高圧燃料を霧状でシリンダヘッド（１）とシリンダライナ（２）とピストン（３）とから成る燃焼室（４）内に噴射し、前記燃焼室（４）に衝突環状帯部（９）を設け、前記燃焼室（４）を燃焼室頂面隙間部（７）と燃焼室中央部（８）という２つの領域に分け、前記燃焼室頂面隙間部（７）の直径Ｄ２が気筒直径とし；前記燃料噴射装置（５）から噴出した霧状燃料（６）を衝突環状帯部（９）上に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、一部の燃料が前記衝突環状帯部（９）に沿って各々前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）に流れ、油気のより一層均一な混合を実現するディーゼル機関の衝突・分流燃焼室であって、前記衝突環状帯部（９）は衝突面と衝突上部ガイド面と衝突下部ガイド面とを含み；前記衝突面は、衝突傾斜面（１１）を用い、前記衝突傾斜面（１１）に応じて前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）の燃料分布比率が決定され；前記衝突上部ガイド面は、上部ガイド凸面（１０）を用い；前記上部ガイド凸面（１０）がピストン頂面隙間面より高い構成であって、前記ピストン頂面隙間面は、前記衝突上部ガイド面から外周に向かって漸次低く傾斜する傾斜面であり、前記衝突下部ガイド面は、下部ガイド平滑面（１８）、下部ガイド曲面（１９）、下部ガイド直角円弧面（２０）或いは下部ガイド凹面（２１）を用い、
前記衝突環状帯部（９）の頂部は前記ピストン頂面隙間面よりも突出し、前記衝突環状帯部（９）の直径が前記衝突環状帯部（９）の頂部で囲まれた領域である喉部の直径Ｄ_１よりも大きいことを特徴とするディーゼル機関の衝突・分流燃焼室。
燃料噴射装置（５）はマルチポイント式で高圧燃料を霧状でシリンダヘッド（１）とシリンダライナ（２）とピストン（３）とから成る燃焼室（４）内に噴射し、前記燃焼室（４）に衝突環状帯部（９）を設け、前記燃焼室（４）を燃焼室頂面隙間部（７）と燃焼室中央部（８）という２つの領域に分け、前記燃焼室頂面隙間部（７）の直径Ｄ２が気筒直径とし；前記燃料噴射装置（５）から噴出した霧状燃料（６）を衝突環状帯部（９）上に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、一部の燃料が前記衝突環状帯部（９）に沿って各々前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）に流れ、油気のより一層均一な混合を実現するディーゼル機関の衝突・分流燃焼室であって、前記衝突環状帯部（９）は衝突面と衝突上部ガイド面と衝突下部ガイド面とを含み；前記衝突面は、第２衝突錐面（１５）を用い、第２衝突錐面（１５）に応じて前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）の燃料分布比率が決定され；前記第２衝突錐面（１５）の構造が第２上部衝突傾斜面（１５ａ）と第２衝突移行曲面（１５ｂ）と第２下部衝突凹面（１５ｃ）とを含み；前記衝突上部ガイド面は、上部ガイド凸面（１０）を用い；前記上部ガイド凸面（１０）がピストン頂面隙間面より高い構成であって、前記ピストン頂面隙間面は、前記衝突上部ガイド面から外周に向かって漸次低く傾斜する傾斜面であり、前記衝突下部ガイド面は、下部ガイド平滑面（１８）、下部ガイド曲面（１９）、下部ガイド直角円弧面（２０）或いは下部ガイド凹面（２１）を用い、
前記衝突環状帯部（９）の頂部は前記ピストン頂面隙間面よりも突出し、前記衝突環状帯部（９）の直径が前記衝突環状帯部（９）の頂部で囲まれた領域である喉部の直径Ｄ_１よりも大きいことを特徴とするディーゼル機関の衝突・分流燃焼室。
燃料噴射装置（５）はマルチポイント式で高圧燃料を霧状でシリンダヘッド（１）とシリンダライナ（２）とピストン（３）とから成る燃焼室（４）内に噴射し、前記燃焼室（４）に衝突環状帯部（９）を設け、前記燃焼室（４）を燃焼室頂面隙間部（７）と燃焼室中央部（８）という２つの領域に分け、前記燃焼室頂面隙間部（７）の直径Ｄ２が気筒直径とし；前記燃料噴射装置（５）から噴出した霧状燃料（６）を衝突環状帯部（９）上に噴射し、一部の燃料が反発されて二次霧化を行い、一部の燃料が前記衝突環状帯部（９）に沿って各々前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）に流れ、油気のより一層均一な混合を実現するディーゼル機関の衝突・分流燃焼室であって、前記衝突環状帯部（９）は衝突面と衝突上部ガイド面と衝突下部ガイド面とを含み；前記衝突面は、衝突凹面（１３）を用い、前記衝突凹面（１３）に応じて前記燃焼室頂面隙間部（７）及び前記燃焼室中央部（８）の燃料分布比率が決定され；前記衝突上部ガイド面は、上部ガイド凸面（１０）を用い；前記上部ガイド凸面（１０）がピストン頂面隙間面より高い構成であって、前記ピストン頂面隙間面は、前記衝突上部ガイド面から外周に向かって漸次低く傾斜する傾斜面であり、前記衝突下部ガイド面は、下部ガイド平滑面（１８）、下部ガイド曲面（１９）、下部ガイド直角円弧面（２０）或いは下部ガイド凹面（２１）を用い、
前記衝突環状帯部（９）の頂部は前記ピストン頂面隙間面よりも突出し、前記衝突環状帯部（９）の直径が前記衝突環状帯部（９）の頂部で囲まれた領域である喉部の直径Ｄ_１よりも大きいことを特徴とするディーゼル機関の衝突・分流燃焼室。