JPH03149315A - 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼方法 - Google Patents

直接噴射式ディーゼル機関の燃焼方法

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今森　敏一
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリンダ内に上方から直接燃料噴射弁を臨ま
せ、ピストン上壁に上記燃料噴射弁へ向いて開口する浅
底型燃焼室を形成した直接噴射式ディーゼル機関の燃焼
室に関する。
（従来技術）− 第６図〜第８図は従来型の浅底型燃焼室であり、燃焼室
５の底部にゆるやかな円錐部１０を有し、上方の燃料噴
射弁３に対向している。上死点をクランク角０＠として
第１図はクランク角２＠における噴射初期、第２図はク
ランク角６″′における燃焼初期、第８図はクランク角
２３＠における燃焼中期を示している。
従来の燃焼室５は円錐部１・０の頂点角度θＣと燃料噴
射角θＮとが略同じに設定され、第６図の噴射初期から
噴霧中心線Ａの到達距離Ｌ２が長く、円錐部１０に殆ん
ど触れない空間噴射となっている。上記噴霧中心線Ａの
到達距離は第７図のＬ７及び第８図のＬ２３で示すよう
にピストン１の変位にかかわらず殆んど変化しない。
第７図のように燃焼初期においていわゆる空間噴射状態
であると、噴霧Ｐ内への空気の流入量が多く、第４図の
熱発生率のグラフＸＩで示すように、燃焼初期Ｃ７にお
いて一連の燃焼が急激に行なわれ、これにより第４図の
ＮＯｘのグラフＸＩに示すように、ＮＯＸのｖト出量が
多くなる。　ＮＯｘの対策としては噴射時期を遅らせる
ことにより、第５図の実線グラフＸＩで示すようにＮＯ
ｘを減少させることが可能であるが、そうするとグラフ
Ｘ１°で示すように排気色の濃度が急激に上昇し、燃焼
状態が低下するという問題が生じる。
（発明の目的） 本発明の目的は、燃焼初期に生成されるＮＯｘを低減し
、かつ燃焼中期以降では混合気形成を良くすることによ
り、黒煙の発生を減少させることである。
（目的を達成するための技術的手段） 上記目的を達成するために本発明は、燃焼室の底部に、
燃焼室中心部がら半径方向外方にゆくに従い徐々に低く
なる緩やがな傾斜面の円錐部を形成し、円錐部の上方に
位置する燃料噴射弁の燃料噴射角度を上記円錐部の頂点
角度よりも小さくすることにより、噴射初期においては
噴霧域全域が円錐面に当接して円錐面に沿って流れ、ピ
ストンの下降により順次噴霧到達距離が増え、中期以降
においては噴霧域が円錐面から離れて高圧噴射されるよ
うにしている。
（作用） 燃焼初期においては燃料噴射弁から噴射される噴霧は円
錐部に当接して、一部が円錐面に付着し、他は円錐面に
沿って流れる。これにより噴霧内への流入空気量は減り
、初期燃焼が抑制され、Ｎ。
Ｘの発生量は減少する。
ピストンの下降に従って噴霧の到達距離が長くなり、噴
霧か円錐部から離れて付着噴霧が減少し、そして高圧に
よる空中噴射になり、流入空気量が増加して、燃焼が促
進される。またこの時燃焼初期に付着した燃料が蒸発し
て、後期の噴霧内に空気と共に流入する。これにより混
合気形成がよくなって、黒煙の発生か抑制される。
（実施例） 第１図〜第３図は本発明を適用した直接噴射式ディーゼ
ル機関の浅底型燃焼室の断面図を示しており、上死点を
クランク角０°として第１図はクランク角２°における
噴射初期状態（噴射開始状態）、２図はクランク角６°
における燃焼初期の熱発生第１ピーク時、第３図はクラ
ンク角２３゜における燃焼中期の熱発生第２ピーク時を
示している。
第１図において、シリンダヘッド２には燃料噴射弁３が
少し傾斜した状態で固定されており、燃料噴射弁３の下
端ノズル部はシリンダ４の中心線０１から少しずれた位
置に位置すると共に、シリンダ４内に上方から臨んでい
る。
ピストン１の上壁には、上記燃料噴射弁３のノズル部か
ら僅かにシリンダ中心０１側にずれた位置の中心線０２
を中心とする浅底円盤形の燃焼室５が上端開口状に形成
されている。燃焼室５の内周面７は緩やかな円弧状に形
成されている。
燃焼室５の底部には、燃焼室中心線０２から半径方向外
方にゆくに従い徐々に低くなる緩やかな傾斜角の円錐部
１０が形成されてをおり、該円錐　５　一 部１０の頂点はピストン頂壁面より低く位置している。
燃料噴射弁３の先端ノズル部には複数の噴口が形成され
、各噴口から噴射される噴霧Ｐの仮想中心線Ａ間の噴射
角θＮは、上記円錐部１０の頂点角度θＣとの関係上次
のように設定されている。
第１図の噴射開始（噴射初期）時において、円錐部１０
の角度θＣと噴射中心線Ａとのなす角度α、βが１５０
°〜１８０°となるように、また噴霧Ｐの全域が円錐部
１０に当接するような噴霧到達距１ｉｔＩＬ２　　（例
えば５〜３０＋ｎｎ＋（らい）になるように、燃料噴射
角θＮと円錐部１０の角度θＣとは関係付けられている
。
燃料噴射弁３の噴射圧力は、図示しない燃料噴射ポンプ
等の調節により、第４図の上端部のグラフに示すように
、噴射初期Ｃ２から上昇して噴射中期Ｃ３において最大
噴射圧になり、その後は急激に低くなるように設定され
ている。
作動を説明する。噴射開始時においては第１図のように
噴霧Ｐの全部が円錐部１０に当り、一部は円錐部１０に
付着し、残りは円錐部１０に沿って外方へと流れる。こ
の時空気は噴霧の上側からしか噴霧内に流れ込まず、流
入空気量は抑制される。
第２図の燃焼初期においては噴霧到達距離Ｌ７は第１図
の到達距離Ｌ２よりも延び、空気流入量は少し増えるが
、噴霧−Ｐはその全体がまだ円錐部１０に当っており、
第１図と同様噴霧の上側からしか噴霧内に流れ込まない
ので、流入空気量は抑制された状態であり、これにより
燃焼初期における急激な燃焼は抑えられ、ＮＯｘの排出
量は減少する。
さらにピストンが下って第３図の燃焼中期になると、噴
霧Ｐの到達距離Ｌ２３が長くなり、噴霧Ｐが円錐部１０
から離れて付着噴霧が減少し、そして高圧による空中噴
射になり、流入空気量が増加し、また円弧状内周面７に
沿ってピストン１とシリンダヘッド２の隙間１１に吹き
出し、燃焼が促進される。またこの時燃焼初期に付着し
た燃料が蒸発して、後期の噴霧内に空気と共に流入する
。
これらにより混合気形成がよくなって、黒煙の発生が抑
制される。
第４図の上から３段目に破線で示すグラフＸ２は本発明
の燃焼室を使用した場合の熱発生率の変化であり、グラ
フＸｌで示す従来例に比べ、燃焼初期における熱発生率
が大幅に減少している。従って４段目のＮＯｘの破線グ
ラフＸ２に示すように、従来例Ｘｌに比べＮＯｘ排出量
は大幅に減少している。
また第５図において、噴射時期を遅らせることにより、
破線グラフＸ２で示すように従来例Ｘ１に比べてさらに
ＮＯｘの発生量を低減できると同時に、グラフＸ２で示
すように排気色に関してもさらに低減できる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によると： （１）燃焼初期においては燃料噴射弁３から噴射される
噴霧Ｐは円錐部１０に当接して、一部が円錐面に付着し
、他は円錐面に沿って流れる。これにより噴霧内への流
入空気量は減り、初期燃焼が抑制され、ＮＯｘの発生量
は減少する。
（２）ピストン１の下降に従って噴霧Ｐの到達距離りが
長くなり、噴霧Ｐが円錐部１０から離れて付着噴霧が減
少し、そして高圧による空中噴射になり、流入空気量が
増加して、燃焼が促進される。
これらにより混合気形成がよくなって、黒煙の発生が抑
制される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を適用したディーゼル機関の燃焼室であ
って、噴射初期の状態を示す縦断面図、第２図は燃焼初
期時の縦断面図、第３図は燃焼中期時の縦断面図、第４
図はクランク角度の変化に対し、噴射圧力、針弁リフト
、熱発生率及びＮＯｘ量の変化を示すグラフ、第５図は
噴射タイミングの時期に対するＮＯｘ及び黒煙発生量の
変化を示すグラフ、第６図〜第８図は従来例の浅底型燃
焼室であって、それぞれ前述の第１図〜第３図のクラン
ク角度に対応する状態の縦断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリンダ内に上方から直接燃料噴射弁を臨ませ、ピスト
    ン上壁に上方へ向いて開口する浅底型燃焼室を形成した
    直接噴射式ディーゼル機関において、燃焼室の底部に、
    燃焼室中心部から半径方向外方にゆくに従い徐々に低く
    なる緩やかな傾斜面の円錐部を形成し、円錐部の上方に
    位置する燃料噴射弁の燃料噴射角度を上記円錐部の頂点
    角度よりも小さくすることにより、噴射初期においては
    噴霧域全域が円錐面に当接して円錐面に沿って流れ、ピ
    ストンの下降により順次噴霧到達距離が増え、中期以降
    においては噴霧域が円錐面から離れて高圧噴射されるよ
    うにしたことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関の
    燃焼室。
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