JPH03210021A - ディーゼル機関の燃焼装置 - Google Patents

ディーゼル機関の燃焼装置

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JPH03210021A
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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、ピストンの上壁に一定の容積を有する燃焼室
を形成し、該燃焼室に臨む燃料噴射弁をシリンダヘッド
に備え、燃料カムにより燃料送油率を制御するディーゼ
ル機関の燃焼装置に関する。
（従来技術） ディーゼル機関に対しては、近年は高出力性能を維持し
つつ、低騒音及び低排気濃度（低ＮＯｘ　）化すること
が要望されてきている。
第１３図は従来形の燃焼室形状を示し、燃焼室５の上端
周縁２６はピストン４の上端面と同じ高さである。また
燃焼室５の側壁１１は下方にいくに従い燃焼室径が大き
くなるように一定の角度θ１で傾斜している。Ｈｌは燃
焼室深さ、ｄｉは燃焼室上端縁径、Ｄはピストン径であ
る。
また第１４図及び第１６図は従来形式の３変速型ならび
に３円弧型の燃料におけるカム角度に対するカム速度の
変化を示している。
第１６図の３円弧型では負荷増加による噴射期間の増加
に伴って、次第にカム速度の低速域を１い込み使用して
おり、従って噴射パターンは第１７図に示すように噴射
初期において高く、噴射初期において噴射率が低下して
しまい、最大出力ｃ１延びない。
第１４図の３変速型では第１５図のように高を荷時の噴
射後期に燃料噴射率は向上するが、初ルの噴射率も高く
、騒音及び排気濃度（ＮＯＸ　）力抑えられない。また
負荷増加により噴射期間が幻加してくると、噴射後期に
なる途中で燃焼室のη気を使い果してしまい、空気が不
足し、充分に焼焼できず、噴射率が高くてもそれに対応
した出プ向上にならない。
なおピストン上端面とシリンダヘッドの間の整気を有効
に利用して、燃焼の割合を向上させる１８造として、特
開昭５５−５１９１７がある。即ち燃焼室の上端周縁に
テーパ部を設け、ピストン上昇時の噴霧初期に燃料噴霧
の一部をテーパ部からピストン上端壁の隙間に入れ、ピ
ストン下降行程において燃焼ガスを上記隙間に吹き込む
ことにより燃焼の向上を図っている。
しかし噴射後期において積極的にバックスキッシュ流を
増大させて燃料を急速に増大させるような考えはなく、
また噴射率のパターンも不明で、さらに燃焼室内の空気
利用率と噴射期間（負荷）との関係も全く不明である。
（発明の目的） 本発明の目的は、燃焼初期における予混合燃焼を低減し
てＮＯｘ及び騒音を低減させると共に、噴射後期におい
て、シリンダヘッドとピストン上端壁間の空気を有効利
用して急速に燃焼させることにより、出力、特に高負荷
時の出力を向上させることである。
（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考案は、燃料カムのカム面
形状を、初期のカム速度が低く抑制されると共に後期の
カム速度が高くなり燃料噴射後期において噴射率が急速
に上昇するように、４変速又は５変速型に構成し、燃焼
室の上端開口部周縁にテーパ面を形成し、燃料の噴射角
度を、ピストン下降行程におけるカム角度後期に燃料噴
霧が上記テーパ面に当接するようにし、カム角度後期に
おいてバックスキッシュ流が急速に増大するように、ピ
ストン径に対する燃焼室の上端開口部径の開口比を小さ
く、燃焼室深さを深くかつ燃料室側壁の傾斜角を大きく
している。
（作用） 噴射初期はカム速度の低減により噴射率が抑制され、そ
れにより予混合燃焼が抑制されて騒音及びＮＯｘが低減
される。
噴射後期はカム速度の増加により、噴射率が急速に増加
することと、燃料噴射弁からの噴霧の一部がテーパ一部
に沿ってシリンダヘッドとピストンの間に流れ込むこと
と、燃料室の開口比が小さくて燃焼室が深くかつ燃焼室
周壁の傾斜角度が急なことにより上記隙間へのバックス
キッシュ流が強くなることにより、シリンダヘッドとピ
ストンの間の空気を有効に利用して、急速に燃焼し、出
力が向上する。特に高負荷時のように噴射期間が長くな
る場合には、機関出力の向上は顕著である。
（実施例） 第１図は本発明を適用した燃焼室の断面を示しており、
シリンダヘッド１に燃料噴射弁６が取り付けられており
、シリンダ２に嵌合するピストン４の上端壁には、上方
から見て円形状の燃焼室５が形成され、該燃焼室５に上
記燃料噴射弁６が臨んでいる。燃焼室５の中心Ｃ２はシ
リンダ中心Ｃ１から少しずれており、燃焼室底壁８の中
央部には円錐状突起９が形成されている。燃焼室側壁１
１は上方に行くに従い燃焼室径が小さくなるように中心
２側に傾斜しており、上端リップ部１５はＲ加工されて
いる。側壁１１の下端部は大きな円弧部１０を介して底
壁８につながっている。リップ部１５はピストン上端面
よりも低い位置に形成されており、リップ部１５からピ
ストン上端壁まではテーパ部１６が形成されている。
ピストン外径りに対するリップ部１５の内径ｄ２の開口
比ｄ２／Ｄは、第１３図の従来例の比率ｄｉ　／Ｄ−０
，４２６７よりも小さくなっており、ｄ２／Ｄ−０，３
８６７に設定されている。また第１３図の従来例と第１
図とでは、圧縮比は例えば１９．４で同じであるが、燃
焼室側壁１１の傾斜角度θ及び深さＨ２は、従来第１３
図のものに比べて大きくなっており、従来の数値Ｈ１−
９゜５龍、θ１−５０°に対してＨ２−１１鰭、θ２−
５８°に設定されており、これらによりバックスキッシ
ュ流の速度の増大化を図っている。
さらに上記テーパ面１６と燃料の噴射角との関係は、ピ
ストン下降行程の噴射後期において、燃料噴霧の一部が
テーパ面１６にかかり、ピストン上端面とシリンダヘッ
ド１の間の隙間Ａに入るように設定されている。
第２図は５変速型カムのプロフィールであり、−段目の
緩やかな立ち上がりの後、２段目はさらに緩やかな傾斜
となってカム速度は低く抑えられ、３段目で急激に高く
立ち上がり、４段目で高い最高カム速度を一定期間保ち
、そして５段目で急速にカム速度が減速されるようにな
っている。即ち高負荷の長い噴射期間における噴射後期
で極めて高い最高カム速度になり、噴射率が急上昇し、
定区間その最高カム速度が持続されるようになっている
。
第３図は４変速型カムのプロフィールであり、−段目の
緩やかな立ち上がり後、２段目はさらに緩やかな傾斜と
なってカム速度は低く抑えられ、３段目で急激に高く立
ち上がって高い最高カム速度に到達し、そして４段目で
急速にカム速度が減速されるようになっている。即ち高
負荷の長い噴射期間における噴射後期で極めて高い最高
カム速度となって、噴射率が急上昇するようになってい
る。
第２図あるいは第３図のような燃料カムのプロフィール
と、第１図のような燃焼室形状が組み合わされて本発明
に従った燃焼装置が構成されている。
作用を説明する。第５図〜第８図はピストン上昇行程終
期から上死点を通過し、下降する間の燃料噴霧等の変化
を示しており、上死点をクランク角Ｏ０とした場合、第
５図はピストン上昇行程終期でクランク角が一５°の時
、第６図は上死点時、第７図はピストン下降行程でクラ
ンク角が５°の時、第８図はクランク角が１０’の時の
状態を示している。
噴射初期における■］霧は第４図に示すように噴射率が
低く抑えられ、し７かも第５図及び第６図に示すように
、テーパ面１６に噴霧は当接せず、かつシリンダヘッド
１とピストン４の間の隙間へからの正スッキシュ流Ｓ１
により燃料噴霧は燃焼室５内に抑え込まれる。従って燃
焼室５内の空気を無駄なく効率良く利用して燃焼し、一
方噴射率は低く抑えられることによりＮＯ！及び騒音は
低減される。
噴射後期になると第４図のように噴射率は急速に上昇す
る。一方策７図及び第８図のように燃料噴霧の一部はテ
ーパ面１６にかかつて隙間Ａ内に流入し、かつピストン
下降により燃焼室５内から隙間Ａへのバックスキッシュ
流Ｓ２が発生する。
このバックスキッシュ流Ｓ２は、開口比ｄ２／Ｄが小さ
くて燃焼室深さＨ２及び側壁傾斜角θ２が大きいことに
より、その速度が増大されており・燃焼ガス及び火炎と
共に上記噴霧を隙間Ａ内に積極的に勢い良く押し込む。
従って噴射後期においては、上記隙間Ａ内において隙間
Ａ内の空気を利用して急激に燃焼し、出力が向上する。
第９図はスキッシュ流速度を示しており、開口比ｄｉ　
／Ｄ−０，４２６７で深さＨｌ　＝９．　５１１１％側
壁傾斜角θ１−５０°の第１３図の従来型燃焼室に比べ
て、開口比ｄ２／Ｄ−０，３８６７で深さＨ２””１１
ｍ＋＊、側壁傾斜角θ２−５８’の第１図の燃焼室を使
用した場合、第１図の方が正スキッシュ流及びバックス
キッシュ流共に増大していることが示されている。
第１０図は排気温度、排気濃度、燃費を従来例と比較し
たグラフであり、三角印の実線のグラフが本発明、丸印
の破線のグラフが従来例である。
本発明は隙間Ａの空気を噴射後期において有効に利用し
て急速燃焼しているので、例えば概ね定格出力から最大
出力の範囲における排気温度が下がり、排気濃度が下が
り、かつ燃費が下がるので、最大出力を従来に比べて充
分に延ばすことができる。
なお下段に示すのは使用した空気の割合であり、λは空
気過剰率である。即ち概ね定格出力付近で燃焼室内の空
気を使い果すが、その後は隙間Ａの空気を利用して出力
の増大が図られていることを示している。
第１１図及び第１２図はそれぞれ無負荷時及び負荷時の
燃焼音の変化を示しており、いずれの場合にも破線で示
す従来例に比べ、実線で示す本発明の方が燃焼音が低減
している。
本発明が適用される燃焼室形状の各種寸法値としては、
開口比ｄ２／Ｄ−０，３５〜０．４０、ピストン径に対
する深さの比Ｈ２／Ｄ−０，１４〜０．１６、側壁傾斜
角θ２−５５”〜６５°である。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によると、騒音の低減、ＮＯ
Ｘの低減及び高い出力時の出力性能の向上が同時に達成
できる。即ち： （１）初期のカム速度が低く抑制されると共に後期のカ
ム速度が高くなるように燃料カムのプロフィールを４変
速又は５変速型として、初期の噴射率を抑制しているの
で、ＮＯｘ及び騒音の低減を達成することができる。
（２）しかも噴射後期において燃料カムの形状により燃
料噴射率を急速上昇させることと、上端テーパ面１６に
より噴射後期において燃料噴霧をピストン上端面の隙間
Ａに導いてこの隙間Ａの空気を有効に利用することと、
上端開口部径の開口比ｄ２／Ｄを小さくし、燃焼室深さ
Ｈ２及び燃焼室側壁１１の傾斜角θ２を大きくしてバッ
クスキッシュ流を急速に増大させることにより、高い出
力時の出力性能の向上が達成できる。
【図面の簡単な説明】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ピストンの上壁に一定の容積を有する燃焼室を形成し、
    該燃焼室に臨む燃料噴射弁をシリンダヘッドに備え、燃
    料カムにより燃料送油率を制御するディーゼル機関の燃
    焼装置において、燃料カムのカム面形状を、初期のカム
    速度が低く抑制されると共に後期のカム速度が高くなり
    燃料噴射後期において噴射率が急速に上昇するように、
    ４変速又は５変速型に構成し、燃焼室の上端開口部周縁
    にテーパ面を形成し、燃料の噴射角度を、ピストン下降
    行程におけるカム角度後期に燃料噴霧が上記テーパ面に
    当接するようにし、カム角度後期においてバックスキッ
    シュ流が急速に増大するように、ピストン径に対する燃
    焼室の上端開口部径の開口比を小さく、燃焼室深さを深
    くかつ燃料室側壁の傾斜角を大きくしたことを特徴とす
    るディーゼル機関の燃焼装置。
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